UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE

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1 T 1 Conférence Internationale de MOdélisation et de SIMulation 31 mars, 1er et 2 avril 2008 Paris, France UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Patrick Pujo, Fouzia Ounnar Laboratoire des Sciences de l Information et des Systèmes (UMR CNRS 6168) Aix Marseille Université Av. Esc. Normandie Niemen - F13397 Marseille cedex20 patrick.pujo@lsis.org ; fouzia.ounnar@lsis.org Présentation du contexte industriel Pilotage holonique et isoarchique Premières expérimentations Perspectives et développements en cours

2 T 2 Conférence Internationale de MOdélisation et de SIMulation 31 mars, 1er et 2 avril 2008 Paris, France UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Présentation du contexte industriel Pilotage holonique et isoarchique Premières expérimentations Perspectives et développements en cours

3 T 3 Contexte industriel : Mécavision et Mécaflux Contexte : Phase de restructuration du Dynamic Centre d'eurocopter : Unité de fabrication et d assemblage mécanique Mise en lignes de l Unité 4-5 (Production d arbres rotor et de manchons) fonctionnement de l U4-5 selon un Job Shop classique : - ensemble de flux browniens, - gammes hétérogènes, en spirales - OF regroupés par lots, - petites séries non fractionnables, - OF lancés en fonction d un MRP II. Objectifs : Réduire les temps de cycle de 60% Améliorer la productivité Réduire les coûts de 25%

4 T 4 Contexte industriel : aller vers du flow shop! But initial du projet : Restructuration de l Unité 4-5 en lignes de production spécialisées par familles de pièces, à coupler à une politique de pilotage des OF pour minimiser le temps de cycle. Méthode suivie : Identifier les familles de pièces et les familles de gammes, Choisir de produire les familles principales, externaliser les autres, Réindustrialiser les gammes de certaines pièces pour compléter les familles initialement identifiées, Rapatrier des pièces compatibles avec les familles choisies, X Identifier un nombre limité de lignes de production. Les Flux sont très complexes et ils le resteront Pas de remise en cause des gammes existantes, Pas de production en lignes dédiées pour les pièces non récentes, Possibilité de reprendre la structure des gammes concernant les pièces les plus récentes pour les futures pièces X Cohabitation dans l Unité 4-5 : de pièces avec gammes homogènes ( flow shop) et de pièces avec gammes hétérogènes ( job shop). X

5 T 5 Contexte industriel : proposition Identifier des lignes de production par famille n est pas suffisant : les flux principaux linéaires restent mélangés à des flux browniens! il faut un mode de pilotage des flux qui soit robuste au télescopage des OF, qui soit adaptatif à l hétérogénéité des gammes et qui favorise les flux des lignes tout en respectant les contraintes de tous les autres flux. Solution : analyse multicritères pour définir localement et en temps réel l ordre de passage des pièces sur chaque ressource : R Validation : Obtenue par simulations et évaluation de performances. Méthode : Obtenir un modèle représentatif de la situation actuelle, Développer et modéliser un système de pilotage holonique et isoarchique, intégrant un mécanisme de décision par analyse multicritères, Simuler chaque solution, les comparer Evaluer l amélioration obtenue.

6 T 6 Conférence Internationale de MOdélisation et de SIMulation 31 mars, 1er et 2 avril 2008 Paris, France UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Présentation du contexte industriel Pilotage holonique et isoarchique Premières expérimentations Perspectives et développements en cours

7 T 7 Système holonique de pilotage (PROSA) Holonic Manufacturing System (HMS) : - Il s agit d une approche développée dans le cadre du projet IMS (Intelligent Manufacturing Systems) depuis les années 90. Le concept de Holon a été proposé par Koestler dès 1967, pour décrire des systèmes sociaux complexes composés d individualités. Un système holonique manufacturier peut être décrit au travers de l architecture de référence PROSA (Van Brussel et al. 98), qui définit 3 types d Holons de base : Holon Produit : Holon Ressource : Holon Ordre Connaissance de la production Interactions Holon Produit Holon Ordre : Connaissance de l exécution Holon Ressource Connaissance du procédé

8 T 8 Structure isoarchique d un système de pilotage Un système de pilotage non centralisé est constitué d un ensemble de centres de décision. Sa structure est dite isoarchique lorsque ces centres de décision sont capables d organiser eux-mêmes leur propre fonctionnement, de manière autonome, coordonnée et égalitaire, sans la direction d aucun centre de décision de niveau hiérarchique supérieur, l ensemble permettant le fonctionnement global du système. Ceci induit un certain nombre de propriétés : - même capacité de décision (égalité de pouvoir), - mécanismes de décision décentralisés, dupliqués sur chaque centre de décision et paramétrés à façon sur chacun, - système d interaction et de coordination à un seul niveau de communication, - auto organisation du fonctionnement (pas de prédictif).

9 T 9 Système holonique de pilotage Un Holon est une entité conceptuelle reposant sur l association d une Structure Matérielle donnée, d un Système d Information, dotant l ensemble d une Intelligence Décisionnelle lui permettant de fonctionner en interaction avec d autres holons. Holon = Hx + I_Hx Système d Information Hx I_Hx Intelligence Décisionnelle Structure Matérielle monde réel réalité virtuelle Un système de pilotage holonique et isoarchique possède une structure permettant de connecter directement tous les Holons constituant le système. L interaction entre les holons est obtenue par la connexion entre les I_Hx (Système d Information + Intelligence Décisionnelle). Le pilotage est assuré via le soutien d Entités de Pilotage Autonomes (EPA).

10 T 10 Système holonique de pilotage L architecture de référence PROSA ne s applique plus directement : Holon Produit - le produit physique, muni d un Tag RFID - le I_Holon Produit : info produit + traçabilité + critères d optimalisation propres à ce produit Holon Ressource - l équipement de production (partie opérative + Baie de Commande) - le I_Holon Ressource : info LOG ressource + critères d optimalisation de cette ressource Holon Ordre - l OF papier, muni d un Tag RFID - le I_Holon Ordre : info OF + traçabilité + critères d optimalisation de cet OF chaque EPA accueille 1 I_Holon Ressource, n I_Holons Produit, constituant l encours au pied de la ressource et relatif aux k I_Holons Ordre correspondants.

11 T 11 Pilotage holonique dans la structure isoarchique locale Localement, nous avons une Flat Holonic Form (Bongaerts et al. 2000) de (1+n+k) I_Holons La synthèse de la contribution décisionnelle de chaque holon est obtenue via l algorithme d analyse multicritères Chaque holon utilise à ses propres fins le résultat de l algorithme d analyse multicritères I_Holons Produit I_Holons Produit I_Holons I_Holons I_Holons Produit Produit Produit I_Holon Ressource λ EPA λ I_Holons Ordre I_Holons Ordre I_Holons Ordre

12 T 12 Structure isoarchique globale du système de pilotage (I_HP, I_HO) EPA 1 EPA 2 EPA... EPA λ EPA... EPA n-1 EPA n Les EPA échangent des informations correspondant aux flux de produits EPA n (I_HP, I_HO) EPA 1 Les messages décrivent donc les couples (I_HP, I_HO) relatifs aux flux physiques dans l atelier. EPA n-1 EPA 2 Les EPA doivent donc être toutes connectées deux à deux. L ensemble des EPA forme un graphe complet. EPA... L ensemble des I_Holons constitue un hypergraphe. (I_HP, I_HO) EPA λ EPA...

13 T 13 Système de pilotage opérationnel Proposition d un Holonic Manufacturing Execution System géré par un réseau d EPA Des Holons Produit : circulant entre les équipements HO ERP Des Holons Ressource : pilotage auto organisé des équipements com com com com Des Holons Ordre : gestion des OF com com com et de leur suivi Auto organisation, via analyse multicritères, des tâches de production de l unité 4-5, en favorisant l écoulement des flux de produits

14 T 14 Décision multicritères du point de vue des Holons Décision multicritères : Analytic Hierarchy Process Réduction des temps de cycle réduction des attentes! Optimisation globale des temps d attente dans les files d attente devant les machines Recherche des pièces prioritaires, Recherche des pièces les plus intéressantes à traiter. Sélection par l algorithme de la pièce ad hoc File d attente dans la file d attente Pièce 1 Pièce Pièce n Pièce àtraiter R

15 T 15 Décision multicritères Critères & Indicateurs Objectif général : choix du produit à traiter dans l encours (la file d attente) Critère C1 : Type de produit Critère C2 : Progression du produit Critère C3 : Marge restante Critère C4 : Temps dans la file d attente Critère C5 : Charge de la ressource I11 I12 I13 I21 I22 I31 I41 I51 assemblage / rechange Flow Shop / Job Shop nominal / complément Progression globale Progression locale Marge restante Temps d attente Charge locale Ensemble des produits dans la file d attente

16 T 16 Conférence Internationale de MOdélisation et de SIMulation 31 mars, 1er et 2 avril 2008 Paris, France UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Présentation du contexte industriel Pilotage holonique et isoarchique Premières expérimentations Perspectives et développements en cours

17 T 17 Premières expérimentations FIFO WIP Multi critères WIP Ressource Première expérience : les encours sont traités en FIFO Seconde expérience : les encours sont triés selon 5C5 5T7 FIFO 5M5 511 FIFO 5C6 5G5 FIFO FIFO 5R4 5W7 FIFO FIFO 5M7 522 FIFO FIFO FIFO MCM 515 FIFO FIFO FIFO TTH Qual

18 T 18 Modélisation sous Arena de l U4-5 Premières expérimentations + appel à des feuilles de calcul Excel pour

19 T 19 Premières expérimentations : résultats de Simulation tem ps total Evolution du temps de transit des produits dans l U , , , , ,00 500,00 0,00 piece1 piece2 piece3 piece4 piece5 piece6 piece7 piece8 piece9 piece10 pièces piece11 piece12 piece14 piece16 piece17 piece18 piece19 Exp modèle en FIFO Exp modèle av " " Expérimentation en FIFO Expérimentation avec Variation en % Temps total moyen (H) 1304,53 961,35 26,31 Temps d attente moyen (H) 697,93 354,32 49,23

20 T 20 Conférence Internationale de MOdélisation et de SIMulation 31 mars, 1er et 2 avril 2008 Paris, France UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Présentation du contexte industriel Pilotage holonique et isoarchique Premières expérimentations Perspectives et développements

21 T 21 Développements en cours : Simulation distribuée via HLA Ordinateur 1 Ordinateur 2 Ordinateur 3 Ordinateur n Fédération Unité 4-5 Composant central du RTI Fédéré EPA 5W7 A Fédéré α Composant Local du RTI Fédéré EPA 5C6 B Fédéré β Composant Local du RTI Fédéré EPA 5M5 B Fédéré λ Composant Local du RTI FOM file Réseau de communication

22 T 22 Développements en cours : Simulation distribuée via HLA I_Holons Produit Interface H/M Config I_Holons Ordre I_Holon Ressource λ Config HR Gestion du fédéré Fédéré λ Journal HR Composant Local du RTI

23 T 23 Développements en cours : Simulation distribuée via HLA

24 T 24 Développements en cours : Simulation distribuée via HLA

25 T 25 Critères & Indicateurs Perspectives : ajout de nouveaux critères Objectif général : choix du produit à traiter dans l encours (la file d attente ) Critère C1: Type de produit Critère C2: Progression du produit Critère C 3: Marge restante Critère C4: Temps dans la file d attente Critère C 5: Charge de la ressource Critère C 6: Synchronisation multi produits Critère C7: Retard de livraison I11 I12 I13 I21 I22 I31 I32 I41 I51 I52 I61 I62 I71 I72 assemblage / rechange Flow Shop / Job Shop nominal / complément Progression globale Progression locale Marge restante Marge restante pondérée Temps d attente Charge locale Ressource suivante Synchro composant Synchro assemb Retard prévu Retard effectif Ensemble des produits dans la file d attente

26 T 26 Formalisation : Modèle couplé DEVS d un HR

27 T 27 Formalisation : Modèle atomique DEVS d un HP

28 T 28 UN MODELE HOLONIQUE ET ISOARCHIQUE POUR LE PILOTAGE D UN JOB SHOP EN FLUX TIRE Patrick Pujo, Fouzia Ounnar Merci pour votre attention