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HAL Id: tel-00081851 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00081851v2 Submitted on 20 Dec 2006 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Contrôle par le produit des systèmes d’exécution de la production : apport des techniques de synthèse David Gouyon To cite this version: David Gouyon. Contrôle par le produit des systèmes d’exécution de la production : apport des tech- niques de synthèse. Automatique / Robotique. Université Henri Poincaré - Nancy I, 2004. Français. tel-00081851v2 FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES U.F.R. Sciences et Techniques Mathématiques, Informatique et Automatique Ecole Doctorale IAEM Lorraine Département de Formation Doctorale Automatique Thèse Présentée pour l’obtention du titre de Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-I en Automatique, Traitement du Signal, Génie Informatique par David GOUYON Contrôle par le produit des systèmes d’exécution de la production : apport des techniques de synthèse Soutenue publiquement le 6 décembre 2004 Membres du jury : Président : M. Jean-Jacques LESAGE Professeur, ENS Cachan Rapporteurs : Mme Véronique CARRE-MENETRIER Professeur, Université de Reims Champagne-Ardenne M. Jean-Pierre BOUREY Professeur, Ecole Centrale de Lille Examinateurs : M. Alain RICHARD Professeur, UHP, Nancy I M. Gérard MOREL Professeur, UHP, Nancy I (Directeur de thèse) M. Jean-François PETIN Maître de Conférences, UHP, Nancy I (Codirecteur de thèse) Invitée : Mlle Alexia GOUIN Maître de Conférences, UJF, Grenoble 1 Centre de Recherche en Automatique de Nancy Faculté des sciences et Techniques – 54500 Vandoeuvre lès Nancy REMERCIEMENTS Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été développés au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039 du CNRS) dirigé par le Professeur Francis LEPAGE que je remercie vivement pour son accueil au sein du laboratoire. Au terme de ces travaux, je tiens tout particulièrement à remercier Madame Véronique CARRE-MENETRIER, Professeur à l’Université de Reims Champagne-Ardenne, et Monsieur Jean-Pierre BOUREY, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille, pour avoir accepté d’évaluer cette contribution scientifique en qualité de rapporteurs. Je remercie également Monsieur Alain RICHARD, Professeur à l’Université Henri Poincaré Nancy 1, ainsi que Monsieur Jean-Jacques LESAGE, Professeur à l’Ecole Normale Supérieure de Cachan, pour l’intérêt qu’ils ont porté à ces travaux en tant qu’examinateurs. Je tiens à remercier Mademoiselle Alexia GOUIN, Maître de Conférence à l’Université Joseph Fourier Grenoble 1, pour avoir accepté notre invitation à participer à ce jury. Je tiens à exprimer ma reconnaissance et mes remerciements les plus sincères à mes Co- Directeurs de thèse, Monsieur Gérard MOREL, Professeur à l’Université Henri Poincaré Nancy 1, et Monsieur Jean-François PETIN, Maître de Conférences à l’Université Henri Poincaré Nancy 1, pour la confiance qu’ils m’ont accordée, ainsi que pour leurs nombreux conseils qui ont permis de donner une orientation originale à mes travaux. Je remercie l’ensemble des membres du CRAN, ainsi que le personnel de l’AIP-PRIMECA Lorraine, pour les fructueuses discussions que j’ai pu avoir avec eux, pour leurs conseils, pour leur soutien, et qui ont contribué, d’une manière ou d’une autre, à l’aboutissement de ces travaux. Enfin, un très grand merci à mes parents et à ma famille pour leur compréhension et leur soutien tout au long de ces années. Table des matières i TABLE DES MATIERES INTRODUCTION................................................................................................................................................. 3 CHAPITRE 1 : CONTROLE PAR LE PRODUIT DE SYSTEMES DE PRODUCTION MANUFACTURIERE.......................................................................................................................................... 9 1.1. INTRODUCTION ..................................................................................................................................... 9 1.2. SYSTEME-ENTREPRISE CONTROLE PAR LE PRODUIT.............................................................................. 9 1.2.1. Personnalisation de masse des produits.......................................................................................... 9 1.2.2. Impacts de la personnalisation de masse des produits sur l’automatisation de la production..... 11 1.2.2.1 Contrôlabilité....................................................................................................................................... 11 1.2.2.2 Observabilité des produits ................................................................................................................... 12 1.2.2.3 Complexité .......................................................................................................................................... 12 1.3. ARCHITECTURES DES SYSTEMES DE PRODUCTION............................................................................... 13 1.3.1. Des Systèmes Intégrés de Production …....................................................................................... 14 1.3.1.1 Systèmes intégrés de gestion et d’exécution........................................................................................ 14 1.3.1.2 Intégration des systèmes de gestion et d’exécution ............................................................................. 16 1.3.2. …aux Systèmes Contrôlés par le Produit...................................................................................... 20 1.3.2.1 Le concept d’Holon............................................................................................................................. 21 1.3.2.2 Systèmes contrôlés par le produit........................................................................................................ 25 1.3.2.3 Conclusion........................................................................................................................................... 27 1.4. SITUATION DE TRAVAIL : L’ATELIER INTER-ETABLISSEMENTS DE PRODUCTIQUE LORRAIN............... 28 1.4.1. Présentation de l’AIP.................................................................................................................... 28 1.4.1.1 Présentation du site et des équipements............................................................................................... 28 1.4.1.2 Présentation des matières premières, des en-cours et des produits...................................................... 29 1.4.1.3 Présentation du procédé de fabrication des produits............................................................................ 29 1.4.1.4 Présentation de la structure des systèmes d’informations mis en place............................................... 30 1.4.2. Personnalisation des produits à l’AIP .......................................................................................... 31 1.4.2.1 Impact sur l’automatisation du système de production........................................................................ 31 1.4.2.2 Impact sur les systèmes de gestion...................................................................................................... 31 1.4.3. Conclusion sur le cadre de travail de l’AIPL................................................................................ 33 1.5. CONCLUSION ...................................................................................................................................... 33 CHAPITRE 2 : INGENIERIE DES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT ............................... 37 2.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................... 37 2.2. CADRES DE MODELISATION DES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT.......................................... 37 2.3. PREDICATS D’AUTOMATISATION POUR LES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT......................... 42 2.3.1. Distribution du contrôle................................................................................................................ 42 2.3.2. Approche produit / processus........................................................................................................ 44 2.4. TECHNIQUES DE SYNTHESE POUR LE CONTROLE PAR LE PRODUIT....................................................... 46 2.4.1. Principes de base du contrôle par supervision ............................................................................. 46 2.4.1.1 Théorie du contrôle par supervision .................................................................................................... 46 2.4.1.2 Algorithmes de synthèse de superviseur.............................................................................................. 48 2.4.2. Application à la synthèse de la commande.................................................................................... 49 2.4.2.1 Modélisation du procédé et des spécifications..................................................................................... 49 2.4.2.2 Implantation de la commande obtenue par synthèse ........................................................................... 53 2.5. CONCLUSION ...................................................................................................................................... 56 Table des matières ii CHAPITRE 3 : MODELISATION DES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT........................ 61 3.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................... 61 3.2. MODELISATION DES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT ............................................................. 61 3.2.1. Représentation des flux circulant dans un système de production contrôlé par le produit........... 62 3.2.2. Identification des holons-produits dans les flux............................................................................ 65 3.2.3. Structuration des processus contrôlés par le produit.................................................................... 66 3.2.3.1 Boucle de contrôle par le produit ........................................................................................................ 66 3.2.3.2 Boucle de contrôle des ressources....................................................................................................... 67 3.3. EXTRACTION DES MODELES DE COMPORTEMENT................................................................................ 70 3.3.1. Modèles des ressources assurant les processus ............................................................................ 70 3.3.2. Modèle des processus nécessaires à la fabrication du produit ..................................................... 72 3.4. APPLICATION A L’EXEMPLE DE L’AIPL .............................................................................................. 75 3.4.1. Détermination du modèle de spécification d’un produit............................................................... 75 3.4.2. Détermination des modèles des ressources contrôlées par le produit .......................................... 76 3.5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES SUR LA METHODE DE MODELISATION ................................................ 77 CHAPITRE 4 : SYNTHESE DE LA COMMANDE DES SYSTEMES CONTROLES PAR LE PRODUIT .............................................................................................................................................................................. 81 4.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................... 81 4.2. METHODE DE SYNTHESE STRUCTUREE ET D’IMPLANTATION DES CONTROLEURS................................ 82 4.2.1. Synthèse de superviseurs modulaires............................................................................................ 82 4.2.1.1 Principe de la synthèse structurée de la commande............................................................................. 82 4.2.1.2 Synthèse des superviseurs du niveau le plus bas (noté niveau 1) ........................................................ 83 4.2.1.3 Démarche récurrente ........................................................................................................................... 83 4.2.1.4 Obtention des modèles de procédé de niveau n+1............................................................................... 83 4.2.1.5 Synthèse d’un superviseur de niveau n+1 (coordination de modules de niveau n).............................. 85 4.2.1.6 A propos de la propriété de non-blocage des superviseurs modulaires................................................ 86 4.2.2. Interprétation et implantation des superviseurs modulaires......................................................... 87 4.2.2.1 Règle de traduction 1 : priorités .......................................................................................................... 88 4.2.2.2 Règle de traduction 2 : codage par activation / désactivation synchrone............................................. 89 4.2.2.3 Exemple d’application des règles de traduction .................................................................................. 89 4.2.2.4 Développement d’un outil logiciel ...................................................................................................... 90 4.2.3. Vue globale de la démarche proposée.......................................................................................... 91 4.3. APPLICATION SUR LE MANIPULATEUR D’UN POSTE D’ASSEMBLAGE DU SYSTEME FLEXIBLE DE PRODUCTION DE L’AIP ..................................................................................................................................... 91 4.3.1. Synthèse d’un module de commande du niveau 1 ......................................................................... 94 4.3.2. Obtention du modèle de procédé de niveau 2 ............................................................................... 97 4.3.3. Interprétation / implantation......................................................................................................... 99 4.4. DISCUSSION SUR LA METHODE............................................................................................................ 99 4.4.1. Influence des marquages............................................................................................................. 102 4.4.2. Influence de la structure des automates...................................................................................... 103 4.4.3. Impact aux différents niveaux de la structure de commande ...................................................... 105 4.5. CONCLUSION .................................................................................................................................... 105 Table des matières iii CHAPITRE 5 : SYNTHESE DE TRAJECTOIRES DE PRODUCTION CONTROLEES PAR LE PRODUIT.......................................................................................................................................................... 109 5.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................. 109 5.2. PRINCIPE........................................................................................................................................... 109 5.3. SYNTHESE DE TRAJECTOIRE.............................................................................................................. 111 5.3.1. Modèles nécessaires à la synthèse .............................................................................................. 111 5.3.1.1 Modèle de spécification : les procédés de fabrication des produits ................................................... 111 5.3.1.2 Modèle des ressources de production : fusion des modèles unitaires ................................................ 112 5.3.2. Résultat de la synthèse de trajectoire.......................................................................................... 115 5.3.3. Utilisation des trajectoires synthétisées...................................................................................... 116 5.3.3.1 Pour le contrôle par le produit........................................................................................................... 116 5.3.3.2 Pour le suivi : insertion dans la base de données du MES................................................................. 121 5.4. APPLICATION A UN EXEMPLE : SYNTHESE DU CONTROLE POUR UN PRODUIT 01-09 ASSEMBLE SUR LE SYSTEME FLEXIBLE DE PRODUCTION DE L’AIP .............................................................................................. 122 5.4.1. Description des opérations à faire sur le produit........................................................................ 123 5.4.2. Description des ressources assemblant le produit ...................................................................... 124 5.4.3. Obtention du modèle global des ressources................................................................................ 125 5.4.4. Obtention du superviseur d’un produit ....................................................................................... 125 5.4.5. Choix d’une trajectoire ............................................................................................................... 126 5.5. CONCLUSION .................................................................................................................................... 128 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ............................................................................................................ 131 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES........................................................................................................ 137 ANNEXE……………………………………………………………………………………………………….153 Table des figures v TABLE DES FIGURES FIGURE 1 : STRUCTURE DES ENTREPRISES DE PRODUCTION MANUFACTURIERE ....................................................... 3 FIGURE 2 : INTEGRATION PAR LE PRODUIT DES SYSTEMES DE PILOTAGE ET D'EXECUTION DE LA PRODUCTION........ 4 uploads/Science et Technologie/ these-dgouyon.pdf