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LA COMPETITIVITE ET LA FLEXIBILITE EN MATIERE DE PRODUCTION CONDUISENT A DES SYSTEMES DE PRODUCTION DE PLUS EN PLUS AUTOMATISES. CECI ENTRAINE UN NIVEAU SUPERIEUR DE COMPLEXITE POUR ASSURER L'EXPLOITATION DE CES SYSTEMES. LES PROBLEMES LIES A LA PHASE D'EXPLOITATION DES SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION (SAP) SONT APPARENTS LORS DES PHASES D'UTILISATION ET DE MAINTENANCE DE CES SYSTEMES. LES PLUS NOTABLES, SONT LES PROBLEMES LIES AUX MODES NON COMPATIBLES, NOTAMMENT POUR LA RECONFIGURATION DES SAP QUI PEUT INTERVENIR EN CAS D'UNE DEFAILLANCE DANS LE SYSTEME, DE CHANGEMENT DE PRODUCTION FACE A CES PROBLEMES, IL S'AVERE NECESSAIRE DE METTRE EN UVRE DES METHODES ET DES OUTILS D'AIDE A LA RECONFIGURATION DES SAP. CE MEMOIRE PRESENTE DES TRAVAUX REALISES DANS CE CONTEXTE. APRES AVOIR ANALYSER LA PHASE D'EXPLOITATION D'UN SAP, NOUS METTONS EN EVIDENCE SES PRINCIPALES ACTIVITES ET LA PROBLEMATIQUE ASSOCIEE, EN PARTICULIER LES PROBLEMES LIES A LA RECONFIGURATION. NOUS MONTRONS ENSUITE LES INSUFFISANCES DES MODELES ET DES METHODES ACTUELS DE GESTION DE MODES D'EXPLOITATION DES SAP POUR FOURNIR UNE AIDE A LA RECONFIGURATION DE CES SYSTEMES. APRES AVOIR DEFINI LE CONCEPT DE LA RECONFIGURATION DANS SA FORME GENERALE, NOUS PROPOSONS UNE METHODE PERMETTANT LA DEFINITION DE L'ENSEMBLE DE SEQUENCES D'EVOLUTION D'ETAT DE MODE D'EXPLOITATION DES ENTITES DU SAP AU COURS DE LA RECONFIGURATION. CETTE METHODE, QUE NOUS EXPOSONS, REPOSE SUR L'ANALYSE DES MODES D'EXPLOITATION DES ENTITES DU SAP, DES CONTRAINTES ENTRE CES MODES ET DES PROCEDURES DE RECHERCHE DES SEQUENCES D'EVOLUTION D'ETATS DE MODES D'EXPLOITATION DU SYSTEME. NOUS ETABLISSONS ENSUITE LES SPECIFICATIONS D'UN OUTIL D'AIDE A LA RECONFIGURATION DES SAP BASE SUR LA METHODE PROPOSEE. LES DIFFERENTS MODELES RELATIFS AUX CONNAISSANCES ET AUX FONCTIONS SONT PRECISES ET DECRITS PAR LA METHODE DE CONCEPTION HIERARCHIQUE ORIENTEE OBJET HOOD. L'ARCHITECTURE FONCTIONNELLE DE LA PLATE-FORME SUPPORT DE L'OUTIL EST EGALEMENT PRESENTEE. ENFIN, NOUS PRESENTONS LE SITE INDUSTRIEL ET LA MAQUETTE LOGICIELLE DEVELOPPEE POUR LA VALIDATION DE NOS TRAVAUX
Les travaux s'inscrivent dans le cadre d'une ingénierie système afin de faciliter, au plus tôt, une représentation commune et consensuelle des services attendus d'un système automatisé par les différents acteurs du procédé d'automatisation. Ils ont pour objet de proposer, notamment dans la phase initiale de spécification, une méthode formelle vérifiant le prédicat d'automatisation : Spécifications des processus de commande ^ Spécifications des processus opérants => Spécifications des objectifs "système". De manière complémentaires aux travaux développés en Automatique, dans le cadre de la théorie de la Supervision, pour lesquels les objectifs du système à automatiser et les comportements des processus opérants sont parfaitement connus et modélisés, notre approche se caractérise par un processus incrémental de spécification, basé sur le langage B, permettant aux acteurs d'un processus d'automatisation d'aboutir progressivement à une vision commune et cohérente du système automatisé.
Les formes nouvelles de la concurrence imposent aux systèmes de production une flexibilité de plus en plus grande. Dans le cas de systèmes automatisés, les décisions prises lors de la conception vont fortement conditionner les possibilités du futur système ainsi que ses capacités d'adaptation aux changements, donc son degré de flexibilité. Le travail contenu dans ce mémoire s'attache précisément à l'étude de méthodes et d'outils d'aide à la décision pour la conception de systèmes de production. Le lecteur est d'abord introduit au domaine puis aux outils et méthodes utilisés. Le modèle d'atelier qui sert de support à la démarche est alors présenté : il est suivi d'une réflexion sur la construction des campagnes de simulations conduites à partir de ce modèle, réflexion concrétisée par la définition d'un module de génération automatique de plans de simulations associés au modèle d'atelier choisi. L'analyse des données utilisées comme méthode d'acquisition des connaissances sur le comportement des systèmes de production est ensuite envisagée : une méthode d'analyse est proposée et expérimentée. Ce travail a été développé avec le souci constant d'explorer les possibilités de l'analyse de données dans le domaine et d'évaluer ces possibilités sur la base de nombreuses expériences.
Le travail présenté dans ce mémoire s'intéresse à la conception des systèmes transitiques, un sous-ensemble particulier des systèmes manufacturiers dans lesquels le temps de transport du produit d'un lieu de transformation à un autre devient un enjeu majeur de la productivité. Ces systèmes sont constitués de convoyeurs motorisés ou non, de vérins pneumatiques, de chariots filoguidés, etc... Nous introduisons une démarche proche des préoccupations industrielles. Notre proposition s'appuie sur des éléments paramétrables, réutilisables et modulaires appelés composants. Ces composants incluent différents modèles appelés "vues", regroupant la partie opérative, la commande, l'animation graphique, la surveillance / supervision et les contraintes associées à l'utilisation des fonctionnalités du composant. La vue partie opérative est un modèle très fin des interactions mécaniques, électriques et pneumatiques du système. La vue commande inclue des commandes bas niveau écrites dans un des langages de l'automatisme comme le grafcet. La vue contrainte présente une vision fonctionnelle du composant ainsi que les conditions nécessaires pour que ces fonctions existent dans l'instance qui est faite du composant. Les composants peuvent être agrégés entre eux pour obtenir des composants plus complexes jusqu'à obtenir un composant décrivant l'ensemble de notre système et incluant dans ses cinq vues, les modèles de notre système. Nous testons et vérifions le système obtenu par vérification du respect des contraintes d'utilisation et de son paramétrage ainsi que par simulation conjointe de la partie opérative et de la commande. De notre modèle est ensuite extrait les éléments qui seront implantés sur site, en particulier pour la commande et la supervision de notre système. Un exemple complet autour d'une application industrielle permet d'illustrer la démarche et montre l'intérêt d'une telle approche
Les systèmes automatisés de production, ayant acquis des performances importantes en fonctionnement normal, doivent aussi être réactifs face aux perturbations de la fabrication. Une analyse est réalisée sur ces systèmes pour la proposition de stratégies d'exploitation utilisant le potentiel des alternatives de configuration pour l'exécution de la fabrication. Pour apporter des solutions a ce problèmes, divers critères existent, allant de l'intervention humaine aux réponses automatisées. Prenant en compte l'organisation hiérarchique du système, la réaction est entreprise au niveau de la conduite pour le cas des défaillances des ressources. Les configurations alternatives possibles du système représentent des modes dégradés de fonctionnement, comportant des performances variées, qui doivent être évaluées pour la prise de décision. Un modèle des modes de marche est défini pour la conduite du système, comme outil d'assistance à sa réactivité. Les alternatives comprennent la reprise après réparation, le fonctionnement dégradé des ressources et le réordonnancement des opérations. La solution pour la reprise de la fabrication est suggérée à travers une démarche qui comprend les étapes de génération, d'évaluation, de vérification et de spécification des alternatives. La contribution de cette étude réside en la caractérisation des modes dégradés de fonctionnement, par une réaction rapide basée sur une évaluation des temps de fabrication. Une méthode de réaction est proposée, intégrant les stratégies de solution en fonction de l'urgence et du respect des contraintes de production. La décision prend en compte les consignes de la gestion de production, l'état réel des ressources et les données de la maintenance. La méthode comprend des stratégies à court terme, utilisant le mode dégradé ou la réparation de la ressource défaillante et des stratégies à moyen terme par reconfiguration du système, évaluées par le calcul des durées de fabrication. Une application sur des exemples permet l'évaluation de la méthode développée.
Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse entrent dans le cadre de la reconfiguration de la commande des systèmes automatisés de production (SAP) vus comme une classe de Systèmes à Evénements Discrets (SED). La reconfiguration est basée sur la théorie de contrôle par supervision (SCT) et déclenchée suite à une détection des défauts sur la partie opérative (commande tolérante aux fautes). La contribution de ce mémoire est basée sur une synthèse de contrôle sûre fondée sur des propriétés temporisées. Si un défaut de capteur est détecté, le contrôleur du comportement normal est reconfiguré en un comportement dégradé où les informations temporisées compensent les informations perdues sur le capteur défectueux. Le basculement entre le comportement normal et le comportement dégradé est assuré par des règles de reconfiguration. L'objectif principal de notre méthode est d'implémenter le contrôle obtenu dans un automate programmable industriel (API). L'approche développée dans la thèse repose sur une architecture de contrôle distribuée des systèmes automatisés de production pour éviter l'explosion combinatoire récurrente des approches à base de SCT. Pour répondre aux différents objectifs, nous proposons une méthode pour traduire les contrôleurs distribués des deux modes de fonctionnement, ainsi que les règles de reconfiguration en différents grafcets implantables dans un API. L'implémentation de ces différents modèles est vérifiée par une technique de model-checking avant d'être testé sur un jumeau numérique. Enfin, nous appliquons notre contribution à un système réel pour illustrer nos résultats.
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse apporte sa contribution à la synthèse de lois de commande en contexte incertain des systèmes automatisés de production. L'incertain est ici caractérisé d'une part par les variations imprévues des demandes client, mais également par les aléas de fonctionnement déclarés au niveau de la partie opérative. L'approche, localisée au niveau 1 du CIM, et en particulier au sein des modules de coordination des chaînes fonctionnelles, s'intègre au sein d'un système plus général de Supervision, Surveillance et Commande. L'approche se distingue en considérant la globalité du processus qui mène à la reconfiguration des lois de commande. En effet, elle propose non seulement une méthode de modélisation de la partie opérative utilisant un formalisme particulièrement adapté à la complexité des procédés considérés mais aussi une technique de synthèse de lois de commande basée sur un mécanisme de recherche de chemins dans un graphe. La modélisation proposée, proche de celle utilisée en planification automatique est basée sur un ensemble d'opérations qui décrivent la dynamique des chaînes fonctionnelles et leurs effets sur le flux de produits tout en prenant en considération les contraintes sécuritaires et environnementales associées. Toute l'originalité du mécanisme de synthèse proposé réside dans le compromis réalisé entre la complexité du graphe manipulé et les performances de la solution obtenue. Un exemple d'application basé sur un processus manufacturier réel, la plate-forme SAPHIR du Laboratoire d'Automatique de Grenoble, et sur l'atelier logiciel développé sur la base du mécanisme de synthèse proposé illustre les apports de notre approche.
CETTE THESE MONTRE LA PLACE DE LA SIMULATION DANS LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION DE SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION DEVELOPPEE AU LABORATOIRE GRAI. ON EXPERIMENTE EN PARTICULIER DEUX OUTILS DE SIMULATION EXISTANTS SUR UN MEME ATELIER REEL. LES LIMITES DE CES OUTILS NOUS CONDUISENT A DEFINIR LES SPECIFICATIONS GENERALES D'UN NOUVEL OUTIL DE SIMULATION ET A PROPOSER LA REALISATION D'UN TEL OUTIL. LE DEROULEMENT DE LA SIMULATION PAR ACTIVITES EST DECRIT EN DETAIL EN VUE D'UNE PROGRAMMATION STRUCTUREE