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NOUS PRESENTONS, DANS CE MEMOIRE, UNE METHODE DE CONCEPTION ET D'ANALYSE DES SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION. LES RESEAUX DE PETRI DISPOSENT D'UN SYMBOLISME GRAPHIQUE SIMPLE, ET REPOSE SUR DES CONCEPTS MATHEMATIQUES QUI PERMETTENT DE PROUVER LEUR BON FONCTIONNEMENT. MALHEUREUSEMENT, LA GRANDE TAILLE DES RESEAUX OBTENUS COMPLIQUE LA CONCEPTION ET L'ANALYSE DES RESEAUX DE PETRI. NOUS AVONS DONC CHERCHE A DEFINIR UNE METHODE DE CONCEPTION MODULAIRE. LES DIFFERENTS RESEAUX DE PETRI, QUI REPRESENTENT LE COMPORTEMENT DE DIFFERENTES PARTIES DU SYSTEME GLOBAL, SONT SYNCHRONISES PAR DES TRANSITIONS COMMUNES. A CETTE METHODE, NOUS AVONS ASSOCIE UNE METHODOLOGIE DE CONCEPTION ASCENDANTE. NOUS PROPOSONS DE CONSTRUIRE DE FACON INCREMENTALE LE RESEAU DE PETRI DECRIVANT LE SYSTEME GLOBAL. POUR CELA, LE COMPORTEMENT DE CHAQUE SOUS-SYSTEME EST DECRIT DANS UN RESEAU, DE FACON INDEPENDANTE. PUIS CES SOUS-SYSTEMES SONT REGROUPES EN ENSEMBLES PLUS COMPLEXES. A CHAQUE NOUVEL ENSEMBLE, ON ASSOCIE UN RESEAU DE PETRI QUI DECRIT LA COORDINATION ENTRE LES DIFFERENTS SOUS-SYSTEMES REGROUPES. CETTE ETAPE DE REGROUPEMENT EST ENSUITE REPETEE JUSQU'A CE QUE LE SYSTEME GLOBAL AIT ETE COMPLETEMENT DECRIT. D'UNE PART, LA METHODE ASSURE UNE PRESERVATION DES INVARIANTS DE MARQUAGE LORSQUE L'ON AJOUTE UN NOUVEAU NIVEAU DE SYNCHRONISATION. NOUS AVONS EGALEMENT DONNE DES CONDITIONS NECESSAIRES POUR OBTENIR LA VIVACITE ET LA REINITIALISABILITE DU RESEAU GLOBAL, A PARTIR DES PROPRIETES DE CHAQUE SOUS-RESEAU. D'AUTRE PART, DEUX ALGORITHMES ONT ETE PROPOSES POUR CALCULER LES P ET T-SEMI-FLOTS. APPLIQUES SUR DEUX EXEMPLES, ILS APPORTENT UN GAIN EN TERME DE TEMPS DE CALCUL QUI PERMET LE CALCUL DES INVARIANTS A CHAQUE NOUVEAU MODULE CREE. ENFIN, NOUS PROPOSONS PLUSIEURS ALGORITHMES DE CONSTRUCTION DU GRAPHE DE COUVERTURE D'UN SYSTEME, A PARTIR DES GRAPHES DES SOUS-SYSTEMES QU'IL COORDONNE, DANS LE CAS OU IL LES RESEAUX DES SOUS-SYSTEMES COORDONNES SONT BORNES.
ON A CHOISI LES RESEAUX DE PETRI COMME METHODE D'ANALYSE ET DE CONCEPTION, ET COMME LANGAGE DE COMMUNICATION ENTRE LES CONCEPTEURS. L'APTITUDE DES RESEAUX DE PETRI POUR ANALYSER ET MODELISER LES SYSTEMES DE PRODUCTION EST ETUDIEE ET COMPAREE AVEC CELLE DES AUTRES MODELES GRAPHIQUES MAJEURS. ON PROPOSE UNE METHODE DE REDUCTION HIERARCHIQUE DES RESEAUX PETRI POUR ANALYSER LES RESEAUX COMPLEXES. CETTE METHODE CONSERVE LES PROPRIETES DE RESEAUX VIVANT, BORNE ET REINITIALISABLE. ELLE PERMET DE DECOMPOSER HIERARCHIQUEMENT UN RESEAU COMPLEXE ET DE L'ANALYSER PAR SON RESEAU REDUIT ET PAR SES SOUS-RESEAUX. LA MISE EN OEUVRE DE CETTE PROCEDURE DE REDUCTION EST AUTOMATISEE, ET ON L'A APPLIQUEE A UN ATELIER FLEXIBLE
ON PROPOSE DEUX METHODES DE REDUCTION DES RESEAUX DE PETRI (UNE POUR LES RESEAUX ORDINAIRES, L'AUTRE POUR LES GENERALISES). CES METHODES PERMETTENT DE DECOMPOSER HIERARCHIQUEMNT UN RESEAU COMPLEXE ET D'ANALYSER LE RESEAU INITIAL PAR SON RESEAU DEDUIT ET SES SOUS-RESEAUX VU QUE CES RESEAUX REDUITS CONSERVENT LES PROPRIETES DES RESEAUX: VIVANTS, BORNES ET A TERMINAISONS PROPRES
LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE CONCERNE LA DESCRIPTION ET LA MODELISATION DES SYSTEMES DE PRODUCTION EN VUE DE L'EVALUATION DE L'IMPACT DES INCERTITUDES SUR LES STRUCTURES, LES ACTIVITES ET LES FLUX DANS UN SYSTEME DE PRODUCTION. CETTE PROBLEMATIQUE EST COMPLEXE, ELLE A NECESSITE LE DEVELOPPEMENT D'UNE APPROCHE SYSTEMIQUE APPELEE APPROCHE PAR LES STRUCTURES D'ORGANISATION. APRES AVOIR DISCUTE LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DU SYSTEME DE PRODUCTION, UNE ANALYSE DES PROBLEMES DES STRUCTURES, DES ACTIVITES ET DES FLUX A ETE PRESENTEE. CETTE ANALYSE APPREHENDE EN PARTICULIER LES INCERTITUDES. ENSUITE, DEUX CONCEPTS FONDAMENTAUX ONT ETE DEVELOPPES POUR L'IDENTIFICATION DES ELEMENTS CONSTITUTIFS DES STRUCTURES, DES ACTIVITES ET DES FLUX DE PRODUCTION. DES MODELES DESCRIPTIFS ET DES DEFINITIONS ONT ETE PROPOSES ET COMMENTES. PAR AILLEURS, DEUX OUTILS DE MODELISATION FORMELS ONT ETE DEVELOPPES, ILS PRENNENT EN COMPTE LES INCERTITUDES: LES GRAPHES A RELATIONS FLOUES (GRF) ET LES RESEAUX DE PETRI A COLORATIONS FLOUES (RDPCF). LES GRF PERMETTENT DE REPRESENTER LES STRUCTURES ET DE LES COMPARER PAR APPLICATION DE QUELQUES ALGORITHMES D'ANALYSE. LES RDPCF PERMETTENT DE MODELISER LES ACTIVITES ET DE REPRODUIRE PAR SIMULATION LA DYNAMIQUE DES FLUX. DES MODELES DE SIMULATION D'ACTIVITES COOPERATIVES ONT ETE PROPOSES ET ANALYSES. EN FIN, UN EXEMPLE DU DOMAINE DE LA MAINTENANCE DANS UNE ENTREPRISE A SERVI DE SUPPORT DE VALIDATION DE NOS MODELES ET DE L'EVALUATION DE L'IMPACT DES INCERTITUDES SUR LES STRUCTURES, LES ACTIVITES ET LES FLUX DE PRODUCTION
Cette thèse est consacrée à l'utilisation des réseaux de Pétri pour la modélisation et l'évaluation des systèmes de production non-cycliques. Dans un premier temps, nous introduisons une classe particulière de réseaux de Pétri, les réseaux de Pétri avec transitions d'entrée et de sortie (rpes), lesquels permettant de modéliser un système de production non-cyclique. Après avoir étudié les propriétés d'une sous-classe des rpes, les rpes sans conflit, nous montrons comment décomposer un rpes et un ensemble de rpes sans conflit, et nous mettons en évidence les conditions dans lesquelles l'utilisation de ces rpes sans conflit permettra de garantir les propriétés qualitatives souhaitées pour le système. L'évaluation du système passe par la planification à court terme et l'ordonnancement. Le problème de planification consiste à déterminer le nombre de fois qu'un rpes sans conflit extrait du modèle rpes est activé dans chaque période élémentaire. Nous formulons ce problème comme un problème de programmation linéaire en nombres entiers ou un problème de programmation quadratique suivant le critère d'optimisation adopté, et nous proposons des méthodes de résolution efficaces. Nous abordons ensuite le problème de l'ordonnancement et présentons deux algorithmes heuristiques : le premier est basé sur la méthode du recuit simulé et le second sur la procédure par séparation et évaluation. Afin de faciliter l'utilisation des algorithmes nous les avons intégrés sous la forme d'un logiciel interactif. Par la suite, nous faisons une série d'études comparatives entre les algorithmes utilisés dans chacune des étapes de l'évaluation du modèle. Finalement, nous appliquons la méthodologie développée sur une batterie d'exemples de tailles importantes, et nous discutons les résultats obtenus
Nous présentons, dans ce travail, une approche basée sur les réseaux de Petri temporisés (déterministes) pour la modélisation et l'analyse des systèmes de production discrets. L'étude porte d'une part sur les job-shops (ateliers flexibles), d'autre part sur les systèmes d'assemblage multi-niveaux. Le processus de production fonctionne de manière cyclique (il s'agit de fabrications répétitives) avec un nombre limité d'en-cours et pour des ratios de productions fixés. A partir du modèle développé pour les job-shops, qui correspond à un graphe d'évènements temporisé, nous en déduisons les caractèristiques du régime permanent et en particulier les performances (productivité, utilisation des machines...) en fonction de l'état initial et de l'ordre de passage des pièces sur les machines (séquences d'entrée). Nous examinons ensuite comment optimiser les performances en saturant la machine la plus chargée avec un minumum d'en-cours. Cet aspect est particulièrement important dans le cas des ateliers flexibles car cela revient à maximiser la productivité avec le minimum de ressources de transport. Nous montrons que cette condition est toujours réalisable pour un job-shop (quelles que soient les séquences d'entrée dans les machines) et nous proposons des algorithmes heuristiques de recherche d'un ordonnancement optimal. Dans le cas d'un système d'assemblage multi-niveaux, le modèle s'appuie sur les réseaux de Petri généralisés. L'étude des propriétés de fonctionnement périodique de ces réseaux permet de calculer les performances maximales du système de production en fonction du niveau des en-cours (qui représentent dans ce cas les matières premières et les produits semi-finis). Nous abordons également le problème d'optimisation des performances en suivant une démarche similaire à celle des job-shops.
CES TRAVAUX S'INTERESSENT A LA MODELISATION ET A LA SIMULATION DES SYSTEMES DE PRODUCTION DE SERVICES (SPS). POUR CELA, NOUS NOUS SOMMES FIXES PLUSIEURS OBJECTIFS. NOTRE PREMIER OBJECTIF A ETE D'ETUDIER LES TYPES D'ORGANISATIONS QUI LEUR SONT ADAPTEES. NOUS AVONS OPTE POUR UNE APPROCHE PAR PROCESSUS. SUR LA BASE DE CETTE APPROCHE, NOUS AVONS ANALYSE COMMENT AMELIORER LA FIABILITE ET LA PERFORMANCE DES SPS. POUR CELA NOUS AVONS PROPOSE UNE METHODE DE MODELISATION ET DE SIMULATION DES PROCESSUS DES SPS (MOSISER). ELLE EST APPLIQUEE A DEUX VUES D'UN PROCESSUS QUE NOUS DEFINISSONS COMME SUIT : UNE PREMIERE VUE (ACTIVITES) ANALYSE UN PROCESSUS DONNE DANS SA GLOBALITE ET S'INTERESSE AU SEQUENCEMENT DE SES ACTIVITES. UNE SECONDE VUE (OPERATIONS) ANALYSE UN PROCESSUS DONNE DANS LE DETAIL DE SES ACTIVITES ET DE SES OPERATIONS ET S'INTERESSE A L'ORGANISATION DES OPERATIONS ET AU DIMENSIONNEMENT DES RESSOURCES NECESSAIRES POUR LA REALISATION D'UN PROCESSUS DONNE. LA METHODE EST REALISEE EN DEUX PHASES, UNE PHASE DE REPRESENTATION DE PROCESSUS BASEE SUR UN OUTIL DE REPRESENTATION GRAPHIQUE (ORGANIGRAMMES) ET UNE PHASE D'ANALYSE DU PROCESSUS BASEE SUR UN OUTIL DE SIMULATION (RESEAUX DE PETRI) ET SUR LE FORMALISME ORIENTE OBJETS (NOTATION UML). NOUS AVONS PROPOSE UNE METHODE POUR L'INTEGRATION UML/RESEAUX DE PETRI DE TYPE THORN. NOUS AVONS ENSUITE VALIDE LA METHODE EN L'APPLIQUANT A UN TYPE DE SPS PARTICULIER, LES SYSTEMES DE PRODUCTION TECHNIQUES ET RELATIONNELS. DANS CE CADRE, NOUS AVONS DEVELOPPE DES MODELES RESEAUX DE PETRI POUR CHACUNE DES DEUX VUES DE MOSISER, DANS LE CAS OU LES ACTIVITES DU PROCESSUS ETUDIE SONT SOUMISES A DES PERTURBATIONS EXTERNES ET INTERNES. DEUX ALGORITHMES ONT ETE DEVELOPPES POUR DETERMINER L'ORDONNANCEMENT DES ACTIVITES ET DES OPERATIONS LORSQUE DES PREFERENCES LEUR SONT ASSOCIEES.
cette thèse présente la conception et la réalisation d'un outil d'aide au prototypage rapide des systèmes de production automatises. Cet outil s'appuie sur une description du comportement du système commande exprimée a l'aide des réseaux de pétri interprétés, et sur une approche de modélisation de l'environnement commande et du flux d'activité, pour réaliser une simulation hors site de la spécification d'un système de commande. Dans un processus de conception, cet outil peut être utilisé pour dialoguer avec l'utilisateur afin de clarifier ses besoins, pour la validation et la mise au point de la spécification du comportement d'un système de commande et pour évaluer les performances liées au choix de pilotage et au dimensionnement d'un atelier
Les systèmes de production sont aujourd'hui flexibles et intégrés, donc complexes et coûteux. Ceci impose de maîtriser tous les aspects de leur conception, notamment la phase de conception préliminaire, appelée "étude papier". Celle-ci inclut la spécification fonctionnelle, la modélisation et l'évaluation du comportement du système. Les réseaux de Petri (RdP) permettent de prendre en compte ces trois facettes de l'étude. Les RdP sont des graphes bipartis qui comportent deux types de sommets, à savoir les places qui permettent de modéliser les stocks d'encours, et les transitions qui représentent les opérations. Ils ont le double avantage de fournir un support graphique naturel qui est d'une aide précieuse pour le concepteur, et de posséder des propriétés analytiques qui permettent souvent une évaluation simple du comportement du système étudié. En outre, les RdP se prêtent à la simulation lorsque le système modélisé est trop complexe pour autoriser une étude analytique. Nous sommes donc en présence d'un outil complet et efficace qui justifie amplement le présent ouvrage. La première partie du livre expose les bases des RdP et se termine par l'étude des classes élémentaires de RdP, essentiellement les graphes d'événements et les RdP contrôlables. La seconde partie est consacrée aux applications. Les principaux modules rencontrés dans les systèmes de fabrication sont passés en revue. Nous étudions ensuite les systèmes à fonctionnement cyclique pour terminer par l'étude des systèmes à fonctionnement non cyclique.