Nous trouvons là les deux thématiques abordées par les deux parties de l ouvrage.

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1 $YDQWSURSRV La mise en œuvre du pilotage des systèmes de production constitue un enjeu sensible en raison, d une part, de l accroissement du niveau d automatisation de ceux-ci et, d autre part, de la multiplication des contraintes de gestion. Cela entraîne la recherche de performances de plus en plus élevées des systèmes de pilotage et des méthodes qui leur sont associées. L évolution constatée dans ce domaine depuis une vingtaine d années est considérable, tant par l augmentation de la finesse des objectifs poursuivis que par la sophistication des systèmes informatiques qui supportent le pilotage ou encore par la variété des solutions mises en œuvre pour optimiser l utilisation de ressources de production de plus en plus coûteuses. Ainsi, les grandes industries disposent actuellement d une gamme d outils appelés MES (Manufacturing Execution System) qui font le lien entre la gestion globale de l entreprise (ERP : Enterprise Ressource Planning) et les équipements de production. Aussi, d un point de vue scientifique, nous avons assisté au cours de ces années à une floraison des travaux de recherche et des applications industrielles. Il en est résulté une diversité d approches du pilotage qui s exprime aussi bien par les structures des systèmes de décision mis en place que par les processus et procédures de décision, ou encore par les concepts manipulés pour modéliser et le vocabulaire utilisé pour les exprimer. Dans ces conditions, l ambition d un ouvrage de référence complet sur le pilotage des systèmes de production ne peut pas se limiter à une présentation pédagogique de synthèse, aussi claire et didactique fût-elle : il est nécessaire, tout d abord, de traduire la diversité des approches qui vient d être évoquée, ensuite de rendre compte de la complexité des problématiques abordées et enfin de livrer une «cartographie» raisonnée des divers concepts et vocabulaires associés manipulés par les spécialistes du domaine. C est pourquoi nous avons préféré balayer de la

2 18 Méthodes du pilotage manière la plus exhaustive possible le domaine traité en mettant à contribution la plupart des spécialistes scientifiques francophones identifiés de ce domaine et en faisant une large place aux résultats les plus récents de la recherche en automatique et en productique. Que tous ces spécialistes soient ici remerciés pour leur collaboration et pour l esprit de dialogue et de concertation avec lequel ils ont volontiers accepté de s impliquer en confrontant leurs points de vue et en coordonnant leurs approches, de manière à ce que le lecteur perçoive du mieux possible les complémentarités entre celles-ci. L étendue du sujet a conduit à scinder les contributions en deux ouvrages distincts, intitulés respectivement «Fondements du pilotage des systèmes de production» et «Méthodes du pilotage des systèmes de production». Dans le présent ouvrage, consacré aux méthodes de pilotage et venant en complément d un premier livre présentant les concepts plus fondementaux du pilotage, nous nous focaliserons sur l analyse des processus de prise de décision qui peuvent être implémentés au sein de systèmes informatisés d aide au pilotage. Ces processus peuvent être classés en deux grandes catégories : ceux qui relèvent d approches temporelles et se préoccupent donc de gérer des délais ; ceux qui relèvent d approches autres que temporelles, et notamment celles qui prennent en compte la qualité et les coûts. Nous trouvons là les deux thématiques abordées par les deux parties de l ouvrage. La première partie de l ouvrage, «Pilotage par les délais», sera centrée sur les approches du pilotage orientées par des objectifs temporels. Ces approches de «prise de décision et de pilotage par les délais» sont les plus anciennes et les plus nombreuses. Les chapitres qui les décrivent sont ordonnés en fonction de la connaissance plus ou moins précise des données nécessaires à la prise de décision et en fonction du degré d incertitude qui affecte la prévision de l évolution du procédé de production piloté. Dans tous les cas, nous supposerons qu il faudra faire face à des événements aléatoires lors du pilotage en temps réel des installations manufacturières. Le chapitre 1 tout d abord considère un ordonnancement prévisionnel établi a priori sur des données estimées et examine les modes de réaction aux perturbations qui peuvent survenir. Deux types de réaction sont envisagés, suivant que la structure du système de pilotage est centralisée ou distribuée. Dans le premier cas, nous proposons une approche multicritère pour déterminer les ressources de substitution.

3 Avant-propos 19 Dans le second, nous construisons une solution de réparation par coopération entre ressources. Le chapitre 2 repose sur des hypothèses similaires : nous supposerons que nous disposons de données estimées relativement précises qui permettent le déroulement de calculs a priori permettant une optimisation exacte ou approchée des performances sur les données estimées. Les solutions proposées peuvent ou non contenir des variantes qui permettront de maintenir le plus longtemps possible les performances attendues face aux aléas (données réalisées différentes des données estimées). Un ordonnancement réactif, s appuyant le plus possible sur l ordonnancement prédictif calculé a priori, réagit aux aléas en temps réel et relance régulièrement le calcul de l ordonnancement prédictif. Dans le chapitre 3, nous ne disposons plus de données estimées suffisamment précises, mais seulement de connaissances stochastiques (lois de distribution des données) sur les données du problème. Dans ce cas, nous pouvons utiliser des règles de décision (souvent des règles de priorité) en temps réel. Pour chercher les meilleures règles de décision pour un système de production donné et pour un carnet de commandes connu par les lois de distribution, nous utiliserons la simulation. Enfin, dans le chapitre 4, les données sont tellement incertaines qu il n est même plus possible de leur associer des lois de probabilités. Il n existe donc plus la possibilité de générer des ordonnancements prédictifs, ni même de sélectionner des bonnes règles de décision grâce à la simulation. Tout le pilotage doit être alors construit en temps réel. Il utilise des systèmes de décision décentralisés et auto organisés où les décisions sont prises en fonction de l état local de chaque ressource. La seconde partie de l ouvrage, «Pilotage non guidé par les délais», traite de différentes modalités pour «guider» le pilotage, dès lors que les objectifs de résolution ne sont plus essentiellement temporels mais visent à optimiser tel ou tel aspect de la performance du système de production. Ainsi, le chapitre 5 examine le pilotage par les coûts et les différentes méthodes d aide à la décision qui, en production, supportent des approches de contrôle de gestion basées sur l établissement de budgets prévisionnels, l analyse des écarts entre prévu et réalisé et l élaboration de décisions correctrices en fonction des écarts constatés. Le chapitre 6, centré sur le pilotage par la qualité, observe les influences successives sur le pilotage qu ont eues la maîtrise statistique des procédés, la mise sous assurance qualité et la recherche continue de l amélioration, et cela dans une optique continue de développement de la performance.

4 20 Méthodes du pilotage Enfin, dans le chapitre 7, nous constatons que si le problème du pilotage des systèmes de production peut se poser en termes d affectation de travaux, tâches et activités à des ressources, comme cela a été le cas dans la seconde partie de l ouvrage, il peut se poser également, de manière duale, en termes de gestion des flux de produits qui circulent entre les ressources. Cette approche de pilotage par les flux se justifie d autant plus que se multiplient les organisations industrielles basées sur des systèmes de type «juste-à-temps», qui imposent des contraintes draconiennes sur la synchronisation des rythmes de travail des différentes ressources de production et sur la régularité de l écoulement des produits entre celles-ci ; tout cela justifiant pleinement le développement de nouvelles approches du pilotage. Nous constatons, à la lecture de cette brève présentation, qu il s agit bien là d un panel de méthodes plus ou moins sophistiquées permettant de construire des systèmes de pilotage, et qu il n y est fait aucunement référence à la définition de concepts généraux relatifs aux systèmes de pilotage, à leur architecture, ou à leur mise en œuvre dans les ateliers. L objectif encyclopédique (et donc pédagogique) de la collection à laquelle cet ouvrage appartient nous imposait d aborder également ces différents aspects : nous retrouverons donc ces thèmes dans l autre ouvrage que nous proposons au lecteur, et qui est intitulé «Fondements du pilotage des systèmes de production». Cet autre ouvrage, dont nous donnons ici un rapide aperçu, est également décomposé en deux parties. La première partie aborde donc les généralités concernant les systèmes de pilotage, en termes de fonctions et d architectures. La présentation des concepts fondamentaux du pilotage des systèmes de production permet dans un premier temps d en baliser l importance et les objectifs vis-à-vis des enjeux industriels actuels, en termes d impératifs de productivité, de qualité, de flexibilité et de réactivité. Ensuite, les principales définitions, explicitées ou rappelées, ont pour but d harmoniser les termes techniques et donc de lever de nombreuses ambiguïtés constatées actuellement dans la communauté scientifique concernant les concepts employés. La présentation est effectuée en se situant d emblée dans une perspective systémique (systèmes opérant, d information, de décision ; boucles de commande, etc.). Ceci est toutefois complété par un panorama large, mais non exhaustif, de différentes définitions du pilotage données par différents auteurs et organismes, avec comme objectif l enrichissement de la présentation précédente par des points de vue complémentaires ou apportant un autre regard sur les systèmes de pilotage. Chacune de ces nouvelles définitions est commentée et analysée de manière à guider le lecteur en ce sens. Tout cela amène à positionner le pilotage vis-à-vis de concepts connexes, tels que la commande, la conduite ou la supervision. Nous présentons les principales modélisations développées pour les systèmes de pilotage ainsi que les diverses architectures résultant de l organisation des centres de prise de décision et de leurs interactions.

5 Avant-propos 21 Les deux principales familles de systèmes de pilotage font alors l objet d un développement plus approfondi. Les structures hiérarchisées des systèmes de pilotage de la production se rencontrent lorsque la complexité des systèmes de production ne permet pas de regrouper en un seul centre de décision le système de pilotage. L impossibilité de centraliser aussi bien la définition des grandes orientations d action que le suivi détaillé des moindres événements et la prise de décisions correctrices au quotidien nous amène à décomposer le système de pilotage en (généralement) deux ou trois niveaux hiérarchiques correspondant respectivement à des décisions stratégiques de planification de production et des décisions tactiques de planification à court terme ou à très court terme. Dans un premier temps, nous décrivons une telle architecture hiérarchisée et son fonctionnement. Nous posons le problème de la cohérence des décisions aux différents niveaux du système, ainsi que les questions d agrégation et désagrégation des données et des informations aux différents niveaux. Dans un second temps, nous nous consacrons aux approches de type «conduite décentralisée coordonnée» qui répondent aux limites des systèmes hiérarchisés en termes de réactivité aux perturbations. Dans ce type de systèmes de pilotage, nous superposons à l architecture hiérarchisée des liens de coordination et de coopération «horizontale» entre centres de décisions placés sur un même niveau hiérarchique. L organisation distribuée des systèmes de pilotage de la production relève d une remise en cause des architectures décrites précédemment et bénéficie par ailleurs d une plus grande intelligibilité du système d information. Cela se traduit généralement par une distribution du pilotage en différents centres de décision pouvant aisément communiquer entre eux, grâce aux évolutions des technologies de réseaux informatiques, ceci améliorant l accessibilité et la disponibilité des données au bon moment et au bon endroit. A partir d architectures physiques du système de production plus ou moins calquées sur la structure matérielle et l organisation concrète des différents équipements de production et des centres de décision qui leur sont associés, et en utilisant des modèles fonctionnels plus ou moins hérités de la structure hiérarchique pyramidale évoquée précédemment, les systèmes de pilotage distribués sont constitués d entités dotées à divers degrés de capacités de coopération, d autonomie et d intégration. Différentes modélisations, venant de domaines scientifiques extérieurs à celui de l automatique, sont utilisées couramment, telles que les systèmes multi agents, relevant de l Informatique et fortement utilisés en intelligence artificielle, ou les systèmes holoniques, inspirés du concept d holon proposé par Koestler pour les systèmes sociaux. Des exemples industriels de structures distribuées hétérarchiques à base de systèmes multi-agents seront présentés. L importance de la notion d interopérabilité, c est-à-dire de la compatibilité de leurs services, de leurs protocoles, de leurs ressources et de leurs performances temporelles, est démontrée, notamment vis à vis de l impératif de coopération.

6 22 Méthodes du pilotage La seconde partie de l ouvrage complémentaire à celui-ci aborde de manière plus pragmatique le pilotage et sa mise en œuvre dans les ateliers. La supervision d atelier a été développée pour l aide à la conduite de systèmes de production. Les entreprises ont depuis longtemps mis en place des capteurs sur les installations, permettant de «remonter» les informations sur l état du système de production sur des pupitres en salle de contrôle, grâce à des systèmes sophistiqués d informatique industrielle. Ce concept de supervision est situé par rapport à ceux du pilotage, de la maintenance et de la surveillance, puis nous rappelons l historique de la supervision dans le contexte industriel. Ceci nous amène à dresser un panorama des principaux logiciels de supervision existant actuellement, en précisant leurs intérêts et limites et à aborder le problème de leur intégration dans la structure de pilotage d un système de production. Enfin, nous proposons un rappel des principales architectures de supervision proposées par des équipes de recherche afin de répondre aux besoins d intégration. La prise en compte des modes de marche dans le pilotage des systèmes de production reflète le fait que, outre le fonctionnement normal du système de production, le système de pilotage doit pouvoir assurer son rôle lors de fonctionnements dégradés divers, appelés modes de marche. Le pilotage doit donc être opérationnel selon plusieurs modes de marche et doit permettre le passage de l un à l autre d entre eux lors de l apparition d évènements engendrant des dégradations d exploitation (par exemple, une défaillance partielle du système de production) ou lors de remises en fonction (après réparation, par exemple). Si la gestion des modes de marche est assez bien abordée lors de la conception de machines automatisées répondant à des logiques de fonctionnement séquentielles, notamment grâce à des outils tels que le GEMMA, cela est moins évident pour le pilotage d un système de production, qui est nettement plus complexe, autant du point de vue structurel que fonctionnel. Le nombre de constituants d un système de production étant important et leurs dégradations potentielles diverses et de nature imprévisible, nous nous retrouvons face à une multiplicité des modes de marche qui peuvent être classés en trois catégories : le fonctionnement normal, auquel sont associés des objectifs de productivité ; les fonctionnements dégradés, pour lesquels ces objectifs sont profondément remis en cause au profit d une volonté de produire «malgré tout» ; les fonctionnements de reprise après fonctionnement dégradé (situations de «recovery») pour lesquels l objectif prioritaire peut être le retour le plus rapide possible à un régime de fonctionnement normal (résorption de files d attente par exemple). Nous présentons donc ici le vocabulaire de la gestion des modes de marche, des modes d arrêt et des modes transitoires ainsi que celui de la sécurité. Nous abordons

7 Avant-propos 23 ensuite quelques outils de modélisation adaptés à la représentation de cette problématique (par exemple, les statecharts) et nous concluons par la présentation du concept de système de production sûr de fonctionnement. Enfin, cet ouvrage à vocation généraliste se termine sur la thématique de la perception et de l évaluation de la performance pour le pilotage des systèmes de production. En effet, l évaluation de la performance du système de production, et donc celle de son système de pilotage, revêt un caractère fondamental vis-à-vis des impératifs de productivité. Elle répond à la logique classique du contrôlecommande, consistant, pour un système particulier que l on gère, à fixer des objectifs et à comparer ensuite les résultats obtenus par rapport à ces objectifs. La performance tient dans la capacité à atteindre au mieux ces objectifs. Encore faut-il déterminer sur quels critères ou quelles variables nous devons choisir et fixer des objectifs, et sur quelle base ou unité nous pouvons mesurer les écarts entre un objectif et une réalisation, ce qui est une partie essentielle du problème de l évaluation de performances. Après un positionnement des concepts, le lecteur trouvera la description de la chaîne de perception et d évaluation du système et son interface avec le système de pilotage. Sont abordées les notions de performance industrielle et les critères associés, d état du système et ses représentations associées (indicateurs de performance, tableaux de bord) et leurs applications au pilotage des systèmes de production. 3DWULFN38-2 Jean-Paul KIEFFER