PSI - Pilotage des Systèmes Industriels

Usine du futur, Industrie 4.0, Systèmes Cyber-Physiques de Production: Pilotage de la production du futur

Responsable : Olivier Cardin
Pôle(s) de recherche :
CCS

L’orientation générale de l’équipe est axée sur le pilotage de la production. Les systèmes industriels sont aujourd’hui des systèmes de systèmes fortement connectés devant s’adapter rapidement à des évolutions des contraintes à la fois règlementaires, sociétales et techniques. L’interconnexion des systèmes d’information impliqués et la dynamique attendue des systèmes rendent nécessaires une adaptation des modes de pilotage, qui se doivent d’être réactifs, agiles et en ligne. Cette adaptation peut notamment passer par une automatisation de la prise de décision ou une utilisation des nouvelles technologies type systèmes cyber-physiques.

L’objectif de l’équipe est de proposer de nouveaux outils remplaçant ou complétant les outils classiques d’organisation et permettant de garantir un pilotage adapté aux contraintes du système et aux objectifs à atteindre. Cet objectif est décliné via la mise en place de systèmes de supervision et d’aide à la décision. L’expertise de l’équipe est basée sur l’utilisation originale de simulation de flux, de méthodes d’ordonnancement proactives-réactives, de méthodes formelles de supervision et de commande ou de systèmes cyber-physiques pour résoudre des problématiques de pilotage de systèmes industriels. L’application de ces outils sur des échelles allant du poste de travail à la chaîne logistique permet à la fois l’obtention de résultats novateurs sur le plan technologique et de faire progresser les outils théoriques.

Thématiques
Adaptation des outils de l’Automatique à la gestion de production

La conduite du système de production est le thème central de l’équipe. Les systèmes de production, comme de façon plus générale les systèmes logistiques sont des systèmes dynamiques, et les problèmes de base auxquels sont confrontés les acteurs de ce domaine est l’adaptation des systèmes de conduite aux évolutions du contexte, à la fois sur le plan des contraintes technologiques, sociales, ou du marché, et ce depuis le niveau stratégiques jusqu’au niveau opérationnel, en passant par le niveau tactique. À un premier niveau, les travaux consistent d’abord à coordonner les différentes étapes de réalisation d’une production, via une conception et une gestion optimale des ressources utilisées par le système de production. Le produit des recherches consiste ainsi d’abord en de nouvelles méthodes pour l’automatisation et le pilotage en ligne d’ateliers et de systèmes transitiques. À un second niveau, les méthodes permettent aussi la gestion des approvisionnements et le pilotage de systèmes logistiques, et leur dimensionnement ou reconfiguration pour les adapter à de nouvelles productions.

Les problèmes types consistent en l’optimisation dynamique des systèmes, en prenant en compte de nombreuses contraintes tant techniques qu’opérationnelles, et en assurant la robustesse du pilotage vis-à-vis des incertitudes sur les modèles, les fluctuations de certains paramètres (des temps de production ou d’approvisionnement par exemple) ou la présence de paramètres influents (la variabilité de demande par exemple), les erreurs de mesure (un problème typique par exemple provient de ce que les stocks et encours de production ne sont que rarement connus avec exactitude, présentent des incertitudes ou ne sont mesurés qu’à certains instants). L’automatique et la théorie des systèmes offrent un cadre naturel pour la formulation de tels problèmes et la conception de stratégies de commande en ligne. Les modèles de systèmes de production sont souvent des systèmes à événements discrets, temporisés ou non, mais dans les deux cas ce sont des systèmes dynamiques qui sont caractérisés par la présence de nombreuses contraintes à prendre en compte, notamment les capacités de production et de stockage aux différents niveaux des postes de travail ou de façon plus générale des éléments d’un système logistique, et la positivité des variables qui interviennent, qui sont les flux et niveaux de stocks instantanés aux différents postes du système de production. La première thématique de l’équipe PSI est centrée sur cette étude de la commande des systèmes dynamiques contraints en vue d’application à la gestion de production.

 


Systèmes cyber-physiques de production



Les différentes priorités fixées au niveau national et international au sujet de l’Usine du Futur peuvent être synthétisées en 4 orientations : Agilité des systèmes, Moyens de production innovants, Durabilité de la production et interopérabilité des systèmes.



L’équipe se base depuis sa création sur une grande activité autour des plateformes. Une nouvelle ligne flexible d’assemblage (SOFAL) a été créée en 2016 en complément de celle implantée en 2006 sur le site de l’IUT de Nantes. Cette ligne a une programmation ouverte entièrement réalisée en JAVA avec pour objectif d’implanter et tester différents modes de pilotage. En plus de son intérêt pédagogique, elle a l’avantage de servir de démonstrateur des concepts et résultats développés par l’équipe dans le domaine de l’agilité des systèmes de production par l’insertion de systèmes cyber-physiques dans la boucle de commande. Les travaux démarrés sur cette ligne vont se poursuivre avec la définition d’une architecture holonique orientée services permettant d’expérimenter l’implantation d’algorithmes biomimétiques ou évolutionnaires dans un environnement de production extrêmement flexible.

De plus, dans le cadre de la politique de l’IRT Jules Verne de développement de solutions innovantes d’organisation de production et de logistique au sein des entreprises membres du consortium, un projet collaboratif avec l’équipe SLP et deux industriels (un sous-traitant automobile et un fabricant d’AGV) a été démarré à la fin de ce quadriennal. Ce projet a pour objectif de définir une méthodologie de conception et de pilotage d’un système de production reconfigurable à bas coût. Cette thématique de systèmes reconfigurables a pour vocation d’être couplée aux autres travaux de la thématique afin de proposer à terme une architecture de pilotage unifiée auto-adaptative.
La question environnementale se posant de plus en plus au sein des entreprises, des actions non seulement sur les moyens mais également sur les organisations de la production sont mises en œuvre afin de diminuer l’impact de la production sur l’environnement. Les outils de simulation de flux sont par essence bien adaptés pour évaluer la performance énergétique d’un atelier. Malheureusement, au contraire du coût par exemple, aucune solution native n’existe afin de modéliser des consommations énergétiques dans des processus de production. Une thématique a donc été lancée dans le cadre du projet ECOTHER avec la société TechTeam (Lyon) et plusieurs entreprises des filières françaises élastomères et polymères. L’objectif est de fournir un outil d’évaluation dynamique de la performance énergétique, pouvant être intégré par la suite dans un couplage optimisation/simulation permettant de définir un outil d’aide à la décision prenant en compte les contraintes énergétiques en temps réel de la production.

 


Simulation de flux

L’équipe a acquis une expérience importante sur les deux dernières décennies dans l’utilisation des outils de simulation de flux. Ces outils permettent l’évaluation dynamique de choix d’implantation et/ou d’organisation d’ateliers avant leur implantation réelle. L’expertise de l’équipe se décline principalement sur le logiciel Arena, mais également Flexsim ou encore Delmia Quest.
De nombreux travaux de recherche de l’équipe sont déclinés autour de la simulation de flux, que ce soit l’utilisation de ces outils dans le cadre de la maitrise énergétique des procédés de fabrication ou dans le cadre du pilotage de la production. Ces travaux permettent de proposer des fonctionnalités et utilisations novatrices de ces outils afin de se rapprocher au plus près du comportement réel de l’atelier.
De plus, de nombreux projets de collaboration industrielle sont régulièrement menés. Ces activités de transfert technologique permettent non seulement à l’équipe de contribuer à la dynamique du tissu industriel local (Stelia, Airbus, etc.), mais également d’identifier et murir certains verrous scientifiques qui nourrissent les thématiques présentées précédemment dans des travaux de recherche appliquée ultérieurs.