Composition du jury :
M. Pierre Castagna, Professeur, Université de Nantes
Mme Claudia Eckert, Professeur, Open University (UK)
M. Alain Bernard, Professeur, Ecole Centrale de Nantes
M. Michel Dhome, Professeur, Institut Pascal, Université Blaise Pascal
M. Khalid Kouiss, Maître de Conférences, Institut Pascal, SIGMA Clermont-Ferrand
Mme Anne-Lise Huyet, Maître de Conférences, Institut Pascal, SIGMA Clermont-Ferrand
M. Waguih ElMaraghy, Professeur, University of Windsor (CANADA)
vers une optimisation de la chaine logistique.pptxMelissaMeli13
Similar to Soutenance de thèse doctorale "Méthodologie De Conception Systémique Pour Les Systèmes De Production Changeables" - le 2 Septembre 2016 (20)
Soutenance de thèse doctorale "Méthodologie De Conception Systémique Pour Les Systèmes De Production Changeables" - le 2 Septembre 2016
1. MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION SYSTÉMIQUE POUR
LES SYSTÈMES DE PRODUCTION CHANGEABLES
Soutenance de thèse le 2 septembre 2016
NADÈGE BENKAMOUN
ENCADREMENT : MICHEL DHOME, KHALID KOUISS, ANNE-LISE HUYET, WAGUIH ELMARAGHY
INSTITUT PASCAL – LABEX IMOBS3
UNIVERSITÉ BLAISE PASCAL
ECOLE DOCTORALE SCIENCES POUR L’INGÉNIEUR
Ce travail a bénéficié d'une aide de l'État gérée par l'Agence
Nationale de la Recherche au titre du programme Investissements
d'avenir dans le cadre du projet LabEx IMobS3 (ANR-10-LABX-16-
01), d’une aide de l’Union Européenne au titre du Programme
Compétitivité Régionale et Emploi 2007-2013 (FEDER – Région
Auvergne) et d’une aide de la Région Auvergne
2. PLAN
I. Introduction aux Systèmes de Production Changeables
II. Domaines de définition et formalisme des architectures et
configurations
III. Méthodologie pour la conception et la gestion de la change-abilité &
Cas d’études industriels
IV. Conclusion & Perspectives
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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3. I- INTRODUCTION AUX SYSTÈMES DE PRODUCTION
CHANGEABLES
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
3/30
4. DÉFINITION SYSTÈME DE PRODUCTION
Def : Ensemble de ressources matérielles &
humaines coordonnées pour effectuer une
fonction de production
Différentes opérations
Fabrication/Transformation
Assemblage
Manutention
Stockage
Test & Inspection
Contrôle
Différents niveaux
Machine/Station/Equipement
Sous-Système/Cellule/Unité: Production, Stockage, Transport
Système
Fonction de
productionEnergie
Information
Matière initiale Produit avec VA
Rebus
Information
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5. EVOLUTION DES SYSTÈMES DE PRODUCTION
Paradigmes des systèmes de production
Systèmes de production DÉDIÉS
Systèmes de production FLEXIBLES
Systèmes de production RECONFIGURABLES
Multiple Products
Flexible
Manufacturing
Systems
Product
A + B
Product
B + C
RMS
Phase 1
RMS
Phase 2
RMS
Phase 3
RMS
Phase 4
1Wiendahl, H.-P., ElMaraghy, H. A., Nyhuis, P., Zäh, M. F., Wiendahl, H.-H., Duffie, N., & Brieke, M. (2007). Changeable Manufacturing Classification, Design and Operation. CIRP Annals -
Manufacturing Technology, 56(2)
Dedicated
Manufacturing
Lines
Product
A
Capacity
(parts/year)
Product
Variety
CHANGEABLES1
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Flexibilité : capacité immédiate et pré-existante d’un système pour répondre à une variété de
besoins avec un temps de mise en place (changeover) relativement court
Reconfigurabilité : capacité d’un système à être réarrangé, réutilisé en ajoutant, enlevant,
modifiant ses éléments structurels
Change-abilité : Degré auquel le système est capable de s’adapter facilement et à bas coût lors
de circonstances changeantes
6. PROBLÈMES DE CONCEPTION DES SYSTÈMES COMPLEXES
La conception des systèmes de production = systèmes complexes
Taille, variétés de configurations, couplage, multi-métiers
Solutions ouvertes
Problème mal défini et incomplet
Conception conceptuelle
Des contextes de conception spécifiques à chaque projet
Théories et Méthodologies de la conception (DTM)1
Ingénierie Systèmes = démarche méthodologique coopérative et
interdisciplinaire générale qui englobe l’ensemble des activités adéquates pour
développer et gérer les systèmes complexes à travers leur cycle de vie [AFIS]
[INCOSE] Pahl, Gerhard et al. Engineering
Design: A Systematic Approach.
Springer Science & Business
Media, 2007. Print.
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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1ElMaraghy, W. H., Seering, W., & Ullman, D. (1989). Design Theory and Methodology. In ASME First International Design Theory and Methodology Conference.
7. CHANGE-ABILITÉ
Exigence non-fonctionnelle : Ce que le système doit être ≠ doit
faire détermine son architecture
« ilités » 1; 2: propriétés système se manifestant le long du cycle de
vie
A considérer dès le commencement du cycle de vie du système3,
là où les marges de manœuvres sont les plus grandes
Concepts rarement combinés dans des méthodologies de conception
couvrant l’analyse, synthèse et l’évolution du système
Adaptability
Flexibility
Location
change driver
Scalability
Convertibility/
Modifiability
Easy change
Quick change
Automated
change
Agility
Insensitive to
change
Robustness
Ready-to-use
level
Reconfigurability
Alteration of
form
Change
strategy
Change
effect
Change
enabler
Changeability
Modularity
Integrability
Diagnosability
Mobility
Extensibility
Automatibility
1De Weck, O., Roos, D., Magee, C. L., Vest, C. M., & Cooper, C. M. (2011). Engineering Systems: Meeting Human Needs in a Complex Technological World. MIT Press.
2Ross, A. M., Rhodes, D. H., & Hastings, D. E. (2008). Defining changeability: Reconciling flexibility, adaptability, scalability, modifiability, and robustness for maintaining system lifecycle value. Systems Engineering, 11(3), 246–262.
3Koren, Y., & Shpitalni, M. (2010). Design of reconfigurable manufacturing systems. Journal of Manufacturing Systems, 29(4), 130–141
Conception et Ingénierie
Systèmes
Systèmes de production
Phase de conception de la
change-abilité (architecture)
Travaux de définitions et caractérisations
Phase de reconception
(configurations)
Outils pour analyse de
propagation du changement
Méthodes d’aide à la décision
d’une nouvelle configuration
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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8. MÉTHODOLOGIE (DÉFINITION)
SUPPORTS À LA CONCEPTION
Domaine du problème Domaine de la solution
Classifications des supports à la conception
Définitions d’une méthodologie :
Collection de processus, méthodes, outils, procédures,
standards (Object Management Group)1; 2
Concrète et Générale3
Couvrant le cycle de conception d’un système4
1Estefan, J. A. (2007). Survey of model-based systems engineering (MBSE) methodologies. Incose MBSE Focus Group, 25(8)
2 Martin, James N., Systems Engineering Guidebook: A Process for Developing Systems and Products, CRC Press, Inc.: Boca
Raton, FL, 1996.
3Tomiyama, T., Gu, P., Jin, Y., Lutters, D., Kind, C., & Kimura, F. (2009). Design methodologies: Industrial and educational
applications. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 58(2)
4Friorèse, P., & Meinadier, J.-P. (2011). Découvrir et Comprendre l’Ingénierie Système.
ConcreteAbstract
General Individual
Méthodologie
Design Theory
Math-based
methods
Methodology
• Design
• Concrete goals
• Process
Design
methods,
specific object
classes
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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9. QUESTION DE RECHERCHE
Quelle méthodologie pour concevoir, développer, réutiliser et gérer la change-abilité
durant le cycle de vie du système de production, à travers les différentes phases de
reconception et dès les premières phases de son cycle de vie ?
DOMAINES
DE
RECHERCHE
Domaine des Systèmes de
Production
Change-abilité Domaine de l'Ingénierie des
Systèmes
RMS
FMS
Méthodes de
gestion du
changement
Approches
Systémiques des
Systèmes de
Production
31
2
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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10. II- DOMAINES DE DÉFINITION ET FORMALISME DES
ARCHITECTURES ET CONFIGURATIONS
DES SYSTÈMES DE PRODUCTION CHANGEABLES
VERS UNE CONCEPTION COMPLEXE
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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11. DOMAINES DE DÉFINITION DES CONFIGURATIONS
Configuration = arrangement physique de stations [Layout Physique]
Domaine élargi aux problèmes logiques (problèmes d’équilibrage, de sélection d’équipements, de
séquencement) [Layout Logique]
Configuration = Configuration Logique & Configuration Physique
Critiques des approches restrictives :
Confusion entre problème de conception et de dimensionnement
Contraintes couplées et conflits entre sous-problèmes de conception
Obsolescence des méthodes de conception traditionnelles pour une demande statique
Motivations pour une conception systémique : intégrer les interactions entre composants (du
système à faire et du système-projet pour faire) tout au long du cycle de vie du système
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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12. VUES POUR LA CONCEPTION – MÉTIERS SYSTÈMES DE PRODUCTION
D : domaine de conception physique du système
P : Domaine des processus (logique)
Layout
type
D1
D2
D5
D3
D4
P1
P2
P3
P4
Pre-process plan
(process class) Macro process
plan (optimal
sequences)
Line-Balancing (Task
grouping and
allocation to
resources)
Detailed/
Micro
process plan
Generic
resource
functionality
Arrangement
of machines
and
dimensioning Resource
specifications
Resource
parameters
Niveaux : Système (Atelier), Sous-système (unité de production/stockage/transport), Machine
Disciplines : Roboticiens, Logisticiens, Automaticiens, Ingénieurs qualités, Ergonomes,
Ingénieurs méthodes, Planificateurs …
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13. VUES POUR LA CONCEPTION – INDÉPENDANTES DU MÉTIER
Requirements
Behavioral
Structural
Solution
Generic
Organic
solution
Detailed
architecture
Conceptual
architecture
Architecture [ISO/IEC/IEEE 42010, 2011] : Concepts fondamentaux ou propriétés d’un
système incarnés par ses éléments, ses relations et ses principes de conception et d’évolution
Analyse du changement : Architecture géométrique ou {Exigences, Fonctions, Composants,
Détails}1 {Paramètres directs, fonctionnels, comportementaux}2
Point de vues3 :
Domaine du problème vs. Domaine de la solution
Vue structurelle vs. vue comportementale
Niveau conceptuel vs. niveau détaillé
Problem
domain
BehavioralStructural
Solution
Requirements
Conceptual
Detailed
Solution
domain
1 Ahmad, N., Wynn, D. C., & Clarkson, P. J. (2013). Change impact on a product and its redesign process: a tool for knowledge
capture and reuse. Research in Engineering Design, 24(3), 219–244.
2 Eckert, C., Clarkson, P. J., & Zanker, W. (2004). Change and customisation in complex engineering domains. Research in Engineering Design, 15(1), 1–21.
3 [IEEE 1220; FBS; Axiomatic Design; Cimosa; Aris; Sagace; Pera; SysML; Pahl & Beitz; V-model]
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14. MODÈLE DE CONCEPTION ITÉRATIF ET PROGRESSIF
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Problem domain
ANALYSIS
Solution domain
SYNTHESISProblem
definition
Business & stakeholders
needs and requirements
Business
managers,
Stakeholders
Requirement
engineer
Design
expert
Allocated
Baseline
Architecture
engineering
Requirement
analysis
Allocation to
structural
elements
FunctionalBaseline
System Requirement Specification
Architecture
Design
Requirements
Element design
engineering
System architect
15. FORMALISME POUR UNE ARCHITECTURE RATIONNELLE
Conception et réutilisation des architectures changeables
entre différents artéfacts du système pour faire.
System Engineering relationships
Physical Rationale
Association
<associate>
Hierarchical
<compose>
<refine>
Problem-Solution
<satisfy>
<refine>
Requirement
<refine>
<derive>
Block
Block
Block
Req
Req
Req
satisfy
allocate
refine/derive
derive
specify
Problem
domain
Solution
domain
refine
compose
Taxonomie des liens entre artéfacts d’ingénierie
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Req1: The
pieces shall be
brought from
shop-stock to
cell
Block1:
Transportation
system
Req2: The production rate
vary between 3pieces/min
and 5 pieces/min
Req4: The travel
time is X min
Req3: The
capacity can not
exceed 50 parts
Block2: Automated
Guided Vehicles
(AGVs)
DP2: Capacity DP3: Speed
satisfy
DP1: Number
Satisfy
SatisfySatisfy
Req5: The parts
shall be brought
from shop-stock
to cell
Req1: The parts
shall be stock
Req6: The parts
shall be
manufacture
Block4: Shop-
stock
Block3: Shop-
cell
satisfy satisfy
Allocate Allocate
Satisfy Satisfy
Req: A recharging
system shall be
available
derive
16. III- MÉTHODOLOGIE POUR LA CONCEPTION ET LA
GESTION DE LA CHANGE-ABILITÉ
16/30N. BENKAMOUN – soutenance de thèse : méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
17. MODÈLE D’UN SYSTÈME CHANGEABLE
Architecture de référence : architecture commune et abstraite d’un ensemble de configurations, elle
inclut la capacité de change-abilité du système (capacités pré-existantes ou facilitateurs structurels)
Configuration : instance concrète d’un système issue de la reconception d’une architecture de référence
Considérations sur le cycle de vie du système
Phase de conception de la change-abilité (DFC) : capitalisation a priori des configurations futures
Phase de de reconception/re-configuration : réutilisation a posteriori des capacités de change-abilité
Changeable system
Specificities
Architecture of reference
Changeable
modules
Common modules
Changeability needs,
strategy, characteristics
Configuration1
Configuration2
Configuration3
Architecture
of Reference 1
Conf
1
Conf
2
Conf
3
reuse
reuse
reuse
Architecture
of Reference 2
capitalise
Estimations of
future conf 3
reuse
Re-design
process
Designfor
changeabilityprocess
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Conf
0
Conf
1
Conf
2
Conf
0'
Conf
1'
Conf
2'
Architecture of reference time
Architecture of reference time
Architectureofreferencespace
TIME SCALE
SPACESCALE
18. Matrice de
couplage (DSM,
MDM)
MÉTHODOLOGIE DE RECONCEPTION
{PROCESSUS, MÉTHODES, OUTILS & TAXONOMIES}
Problem
domain
ANALYSIS
Solution domain
SYNTHESIS
Problem
definition
Architecture
design
Requirement
analysis
Allocation to
structural
elements
New need
Reuse on changeability capability
Solution for change
Retrievable
flexibility
Similarity
Analysis
Change elicitation
- reconfiguration
Change
propagation
Analysis
Entry point artifact
Impacted elements
Architecture of
reference
Configuration
Initial
requirement
Algorithme
d’analyse de
similarité selon
niveau de
réutilisabilité
Problem
domain
Solution
domain
Problem
domain
Solution
domain
Elicitation du
changement de
l’Architecture
rationnelle avec
opérateurs {∅; +; -:
}
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Méthodologie
19. Classifications des
stratégie de
changeabilité
Arbre à Scénarios
Stéréotype d’exigences
initiatrices du
changement
Classification des
opérations pour
exigences du
changement
(A ∅; ∅ A;
AB; AA;B)
Matrice de couplage et
{tampon; tolérance;
espace; standard}
Fonction Objectif
Architecture rationnelle
Max ROI Archn, Conf0−n
=
P(Confi). (Cost Archn → Confi − Cost(Arch0 → Confi)
Cost Arch0 → Archn
MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION DE LA CHANGE-ABILITÉ
{PROCESSUS, OUTILS & TAXONOMIES}
Forecast design process
Architecture
of reference
ArchN
Configurations
{Conf0..Confn}
Forecast likely change scenarios
Upgrade changeability
Changeability
need
ANALYSIS
Change
enablers
SYNTHESIS
ROI
EVALUATION
If Upgrade
satisfactory
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Changeability strategy
No change System change
Extensibility
+/-
ReconfigurabilityFlexibility
Functionality A
Functionality B
Short-term change Long-term change
ConvertibilityChange-
overability
Built-in dedicated
flexibility
Problem
domain
ANALYSIS
Solution domain
SYNTHESIS
Problem
definition
Architecture
design
Requirement
analysis
Allocation to
structural
elements
New need
20. CAS D’ÉTUDES INDUSTRIELS
Systèmes d’intérêt
Automotive seating plant
Cushion Frame segment
line
Assembly
lines
Transportation system
Press cell
Périodes d’intérêts
Conf n-1 Conf n
Conf
n+1
Arch n-1 Arch n
Conf n∞
Conf n-1
Conf
n+1
Arch n-1
Arch
n+1
Conf n∞
Conf n-1
Conf
n+1
Arch n-1
Arch
n+1
Conf n∞
Plant
Assembly
lines
Presscell&
transportation
system
Plant 2014 Pilot Line 2014
Plant
2015
Plant 2018
and future
DFC
DFCRedesign
DFC
DossierAssise
Redesign
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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21. ARCHITECTURE RATIONNELLE DE RÉFÉRENCE POUR LES FLUX
D’ENTRÉES ET DE SORTIE ARCHN-1
1.2 The
transportation
layout shall follow
the input places
of production
units
1.5 The volume to
transport follow the
law T.
1.4 The number of
train is: X
1.3 Train allocate
derives
1.6 The pieces
shall be
transported from
picking zone to
production unit
satisfy
derive
derive
1.7 Information
system logistic
allocate
1.9 Mass stock
1.10 Production
units
allocate
allocate
1.8 The logistic
shall be controlled
satisfy
1.14 Raw parts
shall be stored at
a unique place
satisfy
1.13 Operations
shall be
decomposed into
units
satisfy
1.11 Localisation
of production
units
allocate
allocate
1.1
Transportation
path shape y
allocate
1.12 Layout of the
plant
derives
derives
1.15 Picking
zone
1.6 The orders
shall be prepared
in trolley in one
specific place
satisfy
1.16 The trolley
shall be fed and
transported from
the mass stock
1.17 Logistic
Operator
allocate allocate
satisfy
allocate
2.10 Shop-
stock/TPA
flow is
2.17 Lift-
truck
2.16 Means of
transportation
2.15 The
transportation
path be [spec]
derive
satisfy
derive
allocate
allocate
2.7 TPA
2.11b
Location shop
stock =
allocate
2.12 Shop
stock
derive
2.9 Final part shall
be transported
from shop-stock
to TPA
satisfy
2.3 Loading /
Unloading
truck flow
2.1 Location of
truck entrances
derive
2.2 Logistic
flows
2.13 The final
parts are stored in
shop stocks in the
production units
satisfy
2.8 The final parts
are in TPA
satisfy
2.14 Production
unit layout
2.18
Production
units
allocate
derive
2.5 Loading
unloading
zone
2.4 Location of
loading zones
derive
allocate 2.6a
Location TPA = allocate
deriveallocate
derive
2.19 Production
unit location
allocate
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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22. CONCEPTION POUR LA CHANGE-ABILITÉ – MODULARITÉ
Forecast likely change scenarios Change requirements
Changeability
Strategy
Change enablers
1
< Product Variant change > Dans chaque unité de production, les variantes
produits vont probablement évoluer dans un futur proche (n+2) et lointain (n∞)
De nouveaux processus logistiques
peuvent être ajoutés ou enlevés dans
en sortie des unités de productions
Convertibilité (long-terme)
Modularité du flux de sortie afin
de limiter les interactions dues
aux changements internes
Scénario 1
Shop-
Stock
(i+1)
Output
flow
(i+1)
TPA
(i+1)
Shop-
Stock
(i+1)
X
Output
flow
(i+1)
X X
TPA
(i+1) X
Shop-
Stock (i)
Output
flow (i)
TPA (i)
Shop-
Stock (i) X
Output
flow (i) X X
TPA (i)
X
Shop-
Stock (i-
1)
Output
flow (i-
1)
TPA (i-
1)
Shop-
Stock (i-
1)
X
Output
flow (i-
1)
X X
TPA (i-
1) X
Shop-
Stock (i-
1)
Shop-
Stock (i)
Shop-
Stock
(i+1)
Output
flow
TPA1 TPA2
Shop-
Stock (i-
1)
X
Shop-
Stock (i) X
Shop-
Stock
(i+1)
X
Output
flow X X X X X
TPA1
X
TPA2
X
Archn-1
Archn
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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1 0.2
4.<Product
Variant
Change>
3.<Product Family
Change>
0.6
0.8
6.<Logistic process change>
New areas of stops for input flow
0.8
2.<Product Volume
Change>
0.9
1.<Technology Change>
Traceability Information
system
0.9
4.<Product Variant
Change>
5.<Logistic process change>
Automatisation of transport
between units and Truck
Preparation Area (TPA)
1
Scenario
Probability of
occurence
Perdiod n+2Perdiod n+1 Perdiod n∞
23. CONCEPTION POUR LA CHANGE-ABILITÉ – INTÉGRABILITÉ
Scénario 2
Forecast likely change scenarios
Change
requirements
Changeability
Strategy
Change enablers
2
< Logistic process change > [6] De nouveaux emplacements d’arrêts pour le flux d’entrée
risquent d’émerger && [5] son système de transport d’être automatisé (trainsAGVs)
Les zones d’arrêts aux unités
de productions seront
probablement déplacées,
enlevées ou ajoutées
Extensibilité (long-terme)
Intégrabilité du layout du flux
d'entrée : forme linéaire,
interface ouverte et standard
pour les lieux de déposes aux
zones de production
Architecture rationnelle Archn-1Archn
Open transportation flow layout
Production units
+/-Interface upgrade:
+ Decentralized store
+ Operator
+ Change in
information system
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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1 0.2
4.<Product
Variant
Change>
3.<Product Family
Change>
0.6
0.8
6.<Logistic process change>
New areas of stops for input flow
0.8
2.<Product Volume
Change>
0.9
1.<Technology Change>
Traceability Information
system
0.9
4.<Product Variant
Change>
5.<Logistic process
change> Automatisation of
transport between units
and TPA
1
Scenario
Probability of
occurence
Perdiod n+2Perdiod n+1 Perdiod n∞
24. ARCHITECTURE RATIONNELLE DE RÉFÉRENCE POUR LES FLUX
D’ENTRÉES ET DE SORTIE ARCHN
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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25. RECONCEPTION ARCHN-1 CONFN
{CELLULE DE PRESSE; SYSTÈME DE TRANSPORT}
Ingénierie dirigée par les modèles (MBSE)
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016
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Presscell
sub-
system
level
Transporta
tion
system
level
Press
cell
levelSystemlevel
Systemcontext
level
Context of the design problem
Requirement analysis
Allocation to
structural elements Architecture synthesis
External
system
behaviour
analysis
System requirements
analysis
Internal system behavior
analysis
Press cell behavior
analysis
Input trolley & robot
requirement analysis
Output trolley
AGVs behavioral
requirements analysis
System
structural
elements
identification
Architecture
Exchanged data &
deployment
synthesis
Press cell layout synthesis
Input trolley design
Robot design
AGVs & transportation
system layout design
Robot
Press
Loading
system
HMI
Output Axis
Trolley B
Trolley A
Input Axis
Micro-
Engraving
machine
AGVs
Guiding wire
26. VALIDATION RÉTROSPECTIVE {CELLULE DE PRESSE; SYSTÈME DE TRANSPORT}
ARCHN -1 ARCHN CONFN+1
Comparaison (Archn)réel_sans_méthodologie et (Archn)simulée_avec_méthodologie_DFC
Scénarios
prévisionnels de
changements
n +1
(ArchN)réel
Sans
Méthodologie
2014 Ligne pilote
Conf (n+1)
2017
(ArchN)simulée
Avec
Méthodologie
DFC
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Changed artifacts Type of Change
Operation
Le bloc ``Intermediate Shop stock" est ajouté
entre ``press cell" et ``Assembly lines"
Block Addition
Le bloc ``Output transportation system"
compose le bloc ``Intermediate shop stock“
(solution balancelles)
Link Addition
Change enabler solution Changeability
Strategy
Clearance space pour faciliter l’ajout d’un stock interne
Open Interfaces entre la cellule et la ligne d’assemblage
Convertibilité
Ajout d’un stock intermédiaire dans
la cellule
Incertitude de la solution de
transport de sortie
27. IV- CONCLUSION & PERSPECTIVES
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28. CONCLUSION
Formalisme d’une architecture rationnelle pour la traçabilité des artefacts et de la propagation du
changement
Méthodologie pour concevoir et réutiliser la change-abilité durant le cycle de vie des systèmes de
productions
Exigences du « système pour faire » vérifiées :
Phases conceptuelles Phases détaillées; différentes vues métiers et de conception; Analyse Synthèse
Support et prolongation du cycle de vie des systèmes avec méthodologies complémentaires
Architectures rationnelles pour garantir la traçabilité des solutions des deux phases
Méthodologie générale et concrète pour différentes instances, support {Processus, Méthodes, Outils} réutilisabilité
Avantages observés de la méthodologie
Applicable à la réalité complexe des systèmes industriels
Contexte de Variabilité & fluctuation chez équipementier automobiles Encouragement au Penser système pour la
change-abilité dès les premières phases (Concrétisation sur des projets en cours : Projet Systèmes Transitiques Agiles
et Robotisés)
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29. PERSPECTIVE : OUTILS D’AIDE À LA CONCEPTION SEMI-AUTOMATIQUES
Systemic Design Methodology for Changeable Systems
Formalism for change
representation:
Rationale-based system
architecture
Redesign and reuse
changeability
methodology
Design for Changeability
methodology
Rule-Based System
tool for consistency
evaluation and
problem formulation
Case-Based-
Reasoning for change
propagation
evaluation
Multi-Agent-System
for a collaborative
design environment
Future Tools Development
Scope of the thesis
Layout WorkStation
Energy
Supply
Floor
Information
System
Machine
location
Wheels
Extra
Cables
Logical Configuration
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Engineering design
Design for changeability
Evaluation cost
Changeability need
analysis
Changeability
requirements
Changeability
strategy
Tradeoff analysis
between
commonality and
modularity (learning
methods)
Changeablity enabler
synthesis
Modularity
Integrability
Mobility /
Diagnosability /
Automability etc.
Reuse of changeability capability
Similarity analysis for
artifacts retrieval
Change propagation
analysis
Solution for change
Pre-built and
retrievable flexibility
Change elicitation
for reconfiguration
Forecast configurations
Forecast future
change scenarios
Change drivers
identification
Requirement
Analysis
Allocation to structural
elements
Architecture design
BlackBoard
Configuration
BlackBoard
Architecture of
reference
Change propagation
evaluation
Agent 1
Agent 3
Agent 2
A
B
Received
Change
Driver
Delivered
Change
Driver
Interface
Propagating
Change
Change
Direction
Input
Element
Output
Element
30. PERSPECTIVES
Développement d’un environnement intégré d’aide à la conception
Mécanismes IA : Systèmes à base de règles, Systèmes Multi-Agent, Raisonnement à Base de Cas
Validation
Echelle temporelle
Suivi et formalisation des systèmes sur des longues périodes de développement
Formalisation des connaissances
Nécessité de formaliser des connaissances sur les évolutions plausibles : incertaine et complexe
Changer les pratiques d’ingénierie avec des échelles de temps en intégrant la stratégie d’entreprise
Généralisation de la méthodologie
Travaux d’applications à d’autres domaines
Intégration des spécificités métiers avec une démarche d’ingénierie de la connaissance
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31. MERCI
THANKS
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Editor's Notes
FMS: regime of operation
RMS: regime of redesign le système change à travers différentes conf pour offrir différentes fonctions
La gestion du changement et de la changeabilité sont nécessaires à la survie et l’utilisation d’un système tout au long de sa durée de vie. Elle appartient à la catégorie des exigences non-fonctionnelles, qui ne sont pas à propos de ce que le système « doit faire » mais ce qu’il « doit être ». En cela on parle de qualité du système, ou encore de propriété du système sur son cycle de vie « ities » (ex: feasibility, interoperability, portability, producability, reusability, extensibility, scalability, testability, maintainability, safety, security, predictability, usability, operability).
A la différence d’exigences fonctionnelles qui sont réalisées par un artefact indépendant, ces exigences ne peuvent être réalisées que par une propriété émergente de l’architecture d’un système, dans son ensemble. En cela sa réalisation incombe à l’architecte système (maîtrise d’ouvrage), et non à ses fournisseurs (maîtrise d’oeuvre). Une vision systémique est alors un prérequis pour analyser le besoin pour la changeabilité, définir l’étendue de ce besoin dans l’architecture système, la concevoir, et évaluer son rendement à partir de scénarios prévisionnels.
current production context marked by frequent, variable and uncertain changes. Because changes in manufacturing system design projects are being carried out much more frequently than before, traditional rigid design approaches coping with static demand and only focusing on performance improvements become obsolete. Needs for adaptation, agility and re-usability make the changeable manufacturing system paradigm a priority for industry so it can respond to highly changing contexts.
Changeability is not specifi to manufacturing systems, but can be applied to any system. In the
discipline of system engineering design, the evolution of large-scale complex systems over a long
lifetime has prompted designers to study lifecycle system properties [De Weck et al., 2011a]. These
critical lifecycle system properties are referred as \ilities"; they are system properties that help
to preserve value delivery during the system's lifecycle [Ross et al., 2008]. These desired system
properties, such as exibility or maintainability, often manifest themselves once the system has
initially been put to use. Changeability subscribes to this line since it characterizes the capability
for coping with change at any time during the system lifecycle. The virtuous circle is such that
changeability extends the system lifecycle toward changing contexts. Changeability is however not
an absolute concept, but a relative one. System A will be more changeable than system B if it is
faster and less costly to adapt to change requests.
From a design perspective, these properties are particularly dicult to implement, since they
are not primary functional requirements satised by an independent solution. Some works call
them \non-functional requirements" or \quality requirements", as they describe how the system
\should be", rather than how it \should do" through functional requirements. Some examples from
the architecture software domain with the method framework for engineering system architectures
(MFESA) [Firesmith et al., 2008] are illustrated gure 1.5. The main diculty of designing lifecycle
properties is their impact on the whole system architecture, making systemic approaches necessary.
Direct design becomes impossible, and verication dicult. Whereas functional requirements can
be directly mapped to allocated elements, non-functional requirements or quality requirements
concern the overall system. A complete analysis of the system's complexity and its interactions is
thus necessary to evaluate the impact of changeability on system elements and interfaces. Whilst
a signicant eort of denition has been made (robustness, scalability, exibility, maintainability,
survivability, versatility, changeability), design methodologies hardly support analysis and synthesis
of these properties at the correct levels in complex systems [McManus et al., 2007].
A design problem is comparable to any other problem to solve. Assuming the delivery system is
a solution to a problem, any design-solving approach can be composed of a problem domain (i.e.
analysis of the problem denition), and a solution domain (i.e. synthesis of functional concepts
into physical solutions). The transformation from the functional to the physical domain is the
core of the design process, resulting in the denition of a physical system that meets problem
requirements. However, the mapping from the problem domain to the solution domain is not
always straightforward, due to the complexity of the problem and the solution system.
the standard [IEEE P1220] defines a method as a formal, well-documented approach for accomplishing a task, activity or process step
découvrir et comprendre l'ingénierie
“A process is a “logical sequence of tasks performed to achieve a particular objective. A process defines “WHAT” is to be done, without specifying “HOW” each task is performed. The structure of a process provides several levels of aggregation to allow analysis and definition to be done at various levels of detail to support different decision-making needs.” (INCOSE, 2008)
Changeability is not specifi to manufacturing systems, but can be applied to any system. In the
discipline of system engineering design, the evolution of large-scale complex systems over a long
lifetime has prompted designers to study lifecycle system properties [De Weck et al., 2011a]. These
critical lifecycle system properties are referred as \ilities"; they are system properties that help
to preserve value delivery during the system's lifecycle [Ross et al., 2008]. These desired system
properties, such as exibility or maintainability, often manifest themselves once the system has
initially been put to use. Changeability subscribes to this line since it characterizes the capability
for coping with change at any time during the system lifecycle. The virtuous circle is such that
changeability extends the system lifecycle toward changing contexts. Changeability is however not
an absolute concept, but a relative one. System A will be more changeable than system B if it is
faster and less costly to adapt to change requests.
From a design perspective, these properties are particularly dicult to implement, since they
are not primary functional requirements satised by an independent solution. Some works call
them \non-functional requirements" or \quality requirements", as they describe how the system
\should be", rather than how it \should do" through functional requirements. Some examples from
the architecture software domain with the method framework for engineering system architectures
(MFESA) [Firesmith et al., 2008] are illustrated gure 1.5. The main diculty of designing lifecycle
properties is their impact on the whole system architecture, making systemic approaches necessary.
Direct design becomes impossible, and verication dicult. Whereas functional requirements can
be directly mapped to allocated elements, non-functional requirements or quality requirements
concern the overall system. A complete analysis of the system's complexity and its interactions is
thus necessary to evaluate the impact of changeability on system elements and interfaces. Whilst
a signicant eort of denition has been made (robustness, scalability, exibility, maintainability,
survivability, versatility, changeability), design methodologies hardly support analysis and synthesis
of these properties at the correct levels in complex systems [McManus et al., 2007].
Nous élargissons la définition habituelle des definitions d’architecture en s’inscrivant.
Iteratif – Processus en zigzag de conception entre domaine du problème (exigences) et de la solution (blocs structurels)
Progressif - Le problème de conception n’est pas complet, ni précis initialement
Scenario
Outils utilisés manuellement
Motivations outils AI:
\cite{Bakhtari1994} listed in the nineties some \gls{AI} functionalities which the design support systems should provide to designers: 1- support the users with relevant information 2- assist negotiation through conflict and version management 3- assess the quality 4- assist innovation. Motivations for developing a \gls{CBR} for change propagation evaluation and an \gls{MAS} for a collaborative design environment subscribe to the first two objectives: change propagation evaluation is a knowledge-intensive process, and re-design and design changeability required collaboration and negotiation.
CBR: principes
gls{CBR} has emerged as a relevant paradigm for ill-structured domains such as design. \gls{CBR} is a general paradigm for reasoning from experience; it does not attempt to solve problems by exploiting general knowledge, but reasons by analogy with cases encompassing local knowledge. Cases contain knowledge about solved problem instances, namely the association between a problem and a solution: case=(pb,Sol(pb)). A memory model indexes and organizes past cases, so that designers can reuse and adapt them to the current context. Several steps characterize \gls{CBR} tools: 1- Retrieve similar cases by matching index and similarity measurements; 2-Reuse and adapt the past case to the current one; 3-Revise; 4-Retain the new case in the memory model. \gls{CBR} cycles (i.e. retrieve, reuse and revise) are comparable to design tasks (i.e. propose, critique and modify) \cite{Watson1997}.
MAS
The main blackboard is a data repository for information about changeability capabilities, namely the architecture of reference. It is related to a second blackboard that includes knowledge about the current configuration under design. Surrounding them, knowledge sources (KSs), namely the three macro-agents, are allowed to communicate and interact with the blackboards while they operate. Changeability in engineering design has to be considered from two complementary viewpoints: design for changeability (i.e. the creation of modules and corresponding interfaces) and reuse changeability capabilities (i.e. taking advantage of the developed and invested modules and interfaces). To establish changeability as a lifecycle system property, it has also to be concurrent and even collaborative with the design project of the system. The design environment in Figure~\ref{fig:design_environment} involves these three concurrent processes, represented as three macro-agents (MA1, MA2, MA3) collaborating together.