MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION SYSTÉMIQUE POUR
LES SYSTÈMES DE PRODUCTION CHANGEABLES
Soutenance de thèse le 2 septembre 2016
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PLAN
I. Introduction aux Systèmes de Production Changeables
II. Domaines de définition et formalisme des architectures et
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I- INTRODUCTION AUX SYSTÈMES DE PRODUCTION
CHANGEABLES
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception sys...
DÉFINITION SYSTÈME DE PRODUCTION
 Def : Ensemble de ressources matérielles &
humaines coordonnées pour effectuer une
fonc...
EVOLUTION DES SYSTÈMES DE PRODUCTION
 Paradigmes des systèmes de production
 Systèmes de production DÉDIÉS
 Systèmes de...
PROBLÈMES DE CONCEPTION DES SYSTÈMES COMPLEXES
La conception des systèmes de production = systèmes complexes
 Taille, var...
CHANGE-ABILITÉ
 Exigence non-fonctionnelle : Ce que le système doit être ≠ doit
faire  détermine son architecture
 « il...
MÉTHODOLOGIE (DÉFINITION)
SUPPORTS À LA CONCEPTION
 Domaine du problème  Domaine de la solution
 Classifications des su...
QUESTION DE RECHERCHE
Quelle méthodologie pour concevoir, développer, réutiliser et gérer la change-abilité
durant le cycl...
II- DOMAINES DE DÉFINITION ET FORMALISME DES
ARCHITECTURES ET CONFIGURATIONS
DES SYSTÈMES DE PRODUCTION CHANGEABLES
VERS U...
DOMAINES DE DÉFINITION DES CONFIGURATIONS
 Configuration = arrangement physique de stations [Layout Physique]
 Domaine é...
VUES POUR LA CONCEPTION – MÉTIERS SYSTÈMES DE PRODUCTION
 D : domaine de conception physique du système
 P : Domaine des...
VUES POUR LA CONCEPTION – INDÉPENDANTES DU MÉTIER
Requirements
Behavioral
Structural
Solution
Generic
Organic
solution
Det...
MODÈLE DE CONCEPTION ITÉRATIF ET PROGRESSIF
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des...
FORMALISME POUR UNE ARCHITECTURE RATIONNELLE
 Conception et réutilisation des architectures changeables
entre différents ...
III- MÉTHODOLOGIE POUR LA CONCEPTION ET LA
GESTION DE LA CHANGE-ABILITÉ
16/30N. BENKAMOUN – soutenance de thèse : méthodol...
MODÈLE D’UN SYSTÈME CHANGEABLE
 Architecture de référence : architecture commune et abstraite d’un ensemble de configurat...
Matrice de
couplage (DSM,
MDM)
MÉTHODOLOGIE DE RECONCEPTION
{PROCESSUS, MÉTHODES, OUTILS & TAXONOMIES}
Problem
domain
ANAL...
Classifications des
stratégie de
changeabilité
Arbre à Scénarios
Stéréotype d’exigences
initiatrices du
changement
Classif...
CAS D’ÉTUDES INDUSTRIELS
 Systèmes d’intérêt
Automotive seating plant
Cushion Frame segment
line
Assembly
lines
Transport...
ARCHITECTURE RATIONNELLE DE RÉFÉRENCE POUR LES FLUX
D’ENTRÉES ET DE SORTIE ARCHN-1
1.2 The
transportation
layout shall fol...
CONCEPTION POUR LA CHANGE-ABILITÉ – MODULARITÉ
Forecast likely change scenarios Change requirements
Changeability
Strategy...
CONCEPTION POUR LA CHANGE-ABILITÉ – INTÉGRABILITÉ
Scénario 2
Forecast likely change scenarios
Change
requirements
Changeab...
ARCHITECTURE RATIONNELLE DE RÉFÉRENCE POUR LES FLUX
D’ENTRÉES ET DE SORTIE ARCHN
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méth...
RECONCEPTION ARCHN-1  CONFN
{CELLULE DE PRESSE; SYSTÈME DE TRANSPORT}
Ingénierie dirigée par les modèles (MBSE)
N. BENKAM...
VALIDATION RÉTROSPECTIVE {CELLULE DE PRESSE; SYSTÈME DE TRANSPORT}
ARCHN -1  ARCHN  CONFN+1
 Comparaison (Archn)réel_sa...
IV- CONCLUSION & PERSPECTIVES
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de p...
CONCLUSION
 Formalisme d’une architecture rationnelle pour la traçabilité des artefacts et de la propagation du
changemen...
PERSPECTIVE : OUTILS D’AIDE À LA CONCEPTION SEMI-AUTOMATIQUES
Systemic Design Methodology for Changeable Systems
Formalism...
PERSPECTIVES
Développement d’un environnement intégré d’aide à la conception
Mécanismes IA : Systèmes à base de règles, Sy...
MERCI
THANKS
N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changea...
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Soutenance de thèse doctorale "Méthodologie De Conception Systémique Pour Les Systèmes De Production Changeables" - le 2 Septembre 2016

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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)

Publié dans : Ingénierie
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  • 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.
  • Soutenance de thèse doctorale "Méthodologie De Conception Systémique Pour Les Systèmes De Production Changeables" - le 2 Septembre 2016

    1. 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. 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 2/30
    3. 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. 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 N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 4/30
    5. 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 5/30  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. 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 6/30 1ElMaraghy, W. H., Seering, W., & Ullman, D. (1989). Design Theory and Methodology. In ASME First International Design Theory and Methodology Conference.
    7. 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 7/30
    8. 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 8/30
    9. 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 9/30
    10. 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 10/30
    11. 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 11/30
    12. 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 … N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 12/30
    13. 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] N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 13/30
    14. 14. MODÈLE DE CONCEPTION ITÉRATIF ET PROGRESSIF N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 14/30 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. 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 15/30 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. 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. 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 17/30 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. 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 18/30 Méthodologie
    19. 19. Classifications des stratégie de changeabilité Arbre à Scénarios Stéréotype d’exigences initiatrices du changement Classification des opérations pour exigences du changement (A  ∅; ∅ A; AB; AA;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 19/30 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. 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 20/30
    21. 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 21/30
    22. 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 22/30 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. 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 (trainsAGVs) 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-1Archn 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 23/30 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. 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 24/30
    25. 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 25/30 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. 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 N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 26/30 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. 27. IV- CONCLUSION & PERSPECTIVES N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 27/30
    28. 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) N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 28/30
    29. 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 N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 29/30 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. 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 N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016 30/30
    31. 31. MERCI THANKS N. BENKAMOUN – Soutenance de thèse : Méthodologie de conception systémique des systèmes de production changeables – 2.09.2016

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