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No d'ordre 94 Année 1994
THE SE
présentée devant L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON pour obtenirLE GRADE DE DOCTEUR
SPECIALITE: INGENIERIE INFORMATIQUE
parXiaojun YE
(Ingénieur en Mécanique Industrielle) Modélisation et Simulation des Systèmes de Production: une ApprocheOrientée--Objets
Soutenue le 29 juin 1994 devant la Commission d'ExamenJury MM. Gérard BEL
JoêlFAVREL
Gia Toan NGUYEN
Georges JAVEL
Jean-Paul KIEFFER
Albert MA
THONRapporteur
Rapporteur
Rapporteur
No d'ordre 94 Année 1994
THE SE
présentée devant L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON pour obtenirLE GRADE DE DOCTEUR
SPECIALITE: INGENIERIE INFORMATIQUE
parXiaojun YE
(Ingénieur en Mécanique Industrielle) Modélisation et Simulation des Systèmes de Production: une ApprocheOrientée-{)bjets
Soutenue le 29 juin 1994 devant la Commission d'ExamenJury MM. Gérard BEL
JoêlFAVREL
Gia Toan NGUYEN
Georges JAVEL
Jean-Paul KIEFFER
Albert MA THON
Rapporteur
Rapporteur
Rapporteur
NOVEMBRE 1993
INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
Directeur : J.ROCHAT
Professeurs :
S.AUDISIO
J.C.BABOUX
J.BAHUAUD
B.BALLAND
G.BAYADA
C.BERGER (Melle)
M.BETEMPS
C.BOISSON
M.BOIVIN
H.BOTTA G.BOULAYE
J.BRAU
M.BRUNET
J.C.BUREAU
J.P.CHANTE
M.CHEVRETON
B. CHOCAT
B.CLAUDEL
L.CRONENBERGER
M.DIOT
A.DOUTHEAU
B.DUPERRAY
H.EMPTOZ
C.ESNOUF
L.EYRAUD
G.FANTOZZI
J.FAUCHON
J.FAVREL
Y.FETIVEAU
L.FLAMAND
P.FLEISCHMANN
A.FLORY
R.FOUGERES
L.FRECON
R.GAUTHIER
M. GERY
G.GIMENEZ
P.GOBIN
P.GONNARD
R.GOUTTE
G.GRANGE
G.GUENIN
G.GUILLOT
A.GUINET
C.GUITTARD
J.L.GUYADER
J.JOUBERT
J.F.JULLIEN
A.JUTARD
R.KASTNER
H.KLEIMANN
J.KOULOUMDJIAN
M.LAGARDE
M.LALANNE
A.LALLEMAND
M.LALLEMAND (Mme)
PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE
TRAIT. SIGNAL ULTRASONS
MECANIQUE DES SOLIDES
PHYSIQUE
DE LA MATIERE
CENTRE DE MATHEMATIQUES
PHYSIQUE INDUSTRIELLE
AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
VIBRATIONS ACOUSTIQUES
MECANIQUE DES SOLIDES
GENIE CIVIL ET URBANISME {METHODES)
INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
EQUIPEMENT DE L'HABITAT
MECANIQUE DES SOLIDES THERMOCHIMIE
MINERALE
COMPOSANTS DE PUISSANCE ET APPLICATIONS ETUDE
DES MATERIAUX METHODES
CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE
ET ENVIRONNEMENT
CHIMIE BIOLOGIQUE
THERMOCHIMIE
MINERALE
CHIMIE ORGANIQUE CHIMIE BIOLOGIQUE MOD.SYST.ET REC.DES FORMESGEMPPM*
GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
GEMPPM*
CONCEPTION ET ANALYSE SYSTEMES MECA. INFORMATIQUE DES SYST.DE PROD. INDUS.
GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
MECANIQUE DES CONTACTS
GEMPPM*
INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
GEMPPM*
DEVELOP. LANGAGES INFORMAT. AVANCES PHYSIQUE
DE LA MATIERE
GCU (EQUIPEMENT DE L'HABITAT)
TRAITEMENT
DU SIGNAL ET ULTRASONS
GEMPPM*
GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
TRAITEMENT DU SIGNAL ET ULTRASONS
GENIE ELECTRIQUE
GEMPPM*
PHYSIQUE DE LA MATIERE
INFORMATIQUE DES SYST.DE PROD.INDUS.
DEVELOP.LANGAGES
INFORMAT.A VANCES VIBRATIONS-ACOUSTIQUE
GENIE MECANIQUE
BETONS
ET STRUCTURES
AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
GEOTECHNIQUE
GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION CHIMIE BIOLOGIQUEMECANIQUE DES STRUCTURES
ENERGETIQUE ET AUTOMATIQUE
ENERGETIQUE ET AUTOMATIQUE
. 1. (NOVEMBRE 1993)P.LAREAL
A.LAUGIER
CH.LAUGIER
P.LEJEUNE
C.LESUEUR
Y.MARTINEZ
C.MARTY
J. MERLIN
H.MAZILLE
M.MIRAMOND
N.MONGEREAU
R.MOREL
P.NARDON
A.NAVARRO
M.OTTERBEIN
J.P.PASCAULT
J.PERA
G.PERACHON
M.PERDRIX
J.PEREZ
P.PINARD
D.PLAY
P.PREVOT
R.REYNAUD
J.M.REYNOUARD
M.RICHARD
E.RIEUTORD
J.ROBERT-BAUDOUY (Mme)
J.ROBIN
D.ROUBY
J.F.SACADURA
H.SAUTEREAU
S.SCAVARDA
F.STOEBER
M.TROCCAZ
J.TUSET
R.UNTERREINER
P.VERMANDE
J.VERON
A. VINCENT
P.VUILLERMOZ
GENIE CIYIL ET URBANISME GÉOTECHNIQUE) PHYSIQUEDE LA MATIERE
PHYSIOLOGIE ET PHARMACODYNAMIE
GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES VIBRATIONS-ACOUSTIQUEINFORMATIQUE DES SYST.
DE PROD. INDUST. CONCEPTION
ET ANALYSE SYSTEMES MECA.
GEMPPM* PHYSICOCHIMIE
INDUSTRIELLE
METHODES
GENIE CIVIL (GEOTECHNIQUE)
MECANIQUE DES FLUIDES
ET THERMIQUES
BIOLOGIE
CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE ET ENVIRON.
CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE ET ENVIRON.
MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
SOLIDES ET MATERIAUX MINERAUX
THERMOCHIMIE MINERALE
TRAITEMENT
DU SIGNAL ET ULTRASONS
GEMPPM*
PHYSIQUE
DE LA MATIERE ET PHYSIQUE
INDUSTRIELLE
CONCEPTION
ET ANALYSE SYSTEMES MECA.
INFORMATIQUE DES SYST. DE PROD. INDUST. ENERGETIQUEET AUTOMATIQUE
BETONS
ET STRUCTURES
ENERGETIQUE
ET AUTOMATIQUE
MECANIQUE DES FLUIDES
ET THERMIQUE
GENETIQUE MOLECULAIRE DES
MICROORGANISMES PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE
GEMPPM*
MECANIQUE
DES FLUIDES ET THERMIQUE
MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES
GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
SOLIDES ET MATERIAUX MINERAUX
TRAITEMENT DU SIGNAL ET ULTRASONS
CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE ET ENVIRON.
CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE ET ENVIRON.
GEMPPM*
PHYSIQUE DE LA MATIERE
Directeurs de recherche C.N.R.S. :
P.CLAUDY
M.MURAT
A.NOUAILHAT
M.A.MANDRAND (Mme) THERMOCHIMIE MINERALE
GEMPPM* PHYSIQUE
DE LA MATIERE
GENETIQUE MOLECULAIRE DES
MICROORGANISMES
Directeurs de recherche I.N.R.A. :
G.BONNOT
S.GRENIER
Y.MENEZO
BIOLOGIE BIOLOGIE
BIOLOGIE
Directeurs de recherche I.N.S.E.R.M. :
A-F. PRIGENT (Mme)
N.SARDA (Mme)
CHIMIE BIOLOGIQUE
CHIMIE BIOLOGIQUE
* GROUPE D'ETUDE METALLURGIE PHYSIQUE ET PHYSIQUE DES MATERIAUXà mes parents
REMERCIEMENTS
Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Département Stratégie du
Développement de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne.Je tiens, tout d'abord,
à remercier Monsieur Albert MA THON, professeur et Directeur des Etudes de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, ancien Directeur duDépartement Stratégie du Développement, qui m'a accueilli dans son équipe et qui a dirigé
cette étude. Qu'il soit également remercié pour la confiance dont il a bien voulu faire preuve à mon égard, sa disponibilité et son aide tant scientifique qu'administrative.J'exprime toute ma gratitude
à Monsieur Joël FA VREL, professeur à l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Directeur de l'Atelier Interuniversitaire Productique de Lyon, de m'avoir accueilli dans son Groupe de Recherche en Analyse deSystème et
Productique pour mon DEA, et de sa disponibilité, sa caution scientifique, ainsi que son intérêt
porté aux travaux de ce mémoire qui ont constitué pour moi un soutien important. Que Monsieur Gia Toan NGUYEN, directeur de rechercheà l'INRIA Rhône-Alpes,
soit vivement remercié pour avoir accepté de rapporter sur ce travail et pour sa participation au jury. Je profite de, cette occasion pour le remercier de l'attention que le Groupe de Travail "Objets" du Pôle Productique, qu'il anime, a porté à mon travail.Je tiens
à exprimer ma gratitude à Monsieur Jean-Paul KIEFFER, professeur àl'Université d'Aix-Marseille, pour l'honneur qu'il me fait en acceptant de rapporter sur ce travail
en dépit des charges multiples qu'il assume.A Monsieur Georges JAVEL, professeur
à l'IUT de Nantes, pour l'intérêt qu'il a manifesté pour cette recherche en acceptant d'en être rapporteur. Je remercie également Monsieur Gérard BEL, Maître de Rechercheà l'ONERA-CERT
de Toulouse, pour l'honneur qu'il me fait en acceptant de participerà mon jury de thèse.
Je remercie les membres de l'équipe Etude et Modélisation des Systèmes Industriels pour leur
aide diverse, en particulier Messieurs Bertrand IULLIEN, Lucien VINCENT etSaïd :MIRY,
pour les discussions fructueuses qui m'ont permis de progresser dans ce travail. Je tiens à remercier également Messieurs Redouane SENOUNE et François LAURENT et les membres de l'équipe qui ont lu et corrigé, sur le fond et la forme, tout ou partie de cette thèse.Mes remerciements s'adressent enfin
à tous ceux qui au sein de l'ex-Département Stratégie du Développement ont su créer et entretenir une atmosphère de sympathie et de confiance dontj'ai grandement bénéficié. Je suis très touché par la gentillesse de tous ceux, en particulier
Melle Bernadette
ZOLD, Melle Zahia MAZER et Monsieur André LOUBET, qui m'ont donné un coup de main, amicalement et généreusement, pendant la préparation ou le jour de soutenance de cette thèse.Et ce n'est pas cette occasion qui rendra faciles à décrire mes sentiments envers ma famille, ma
copine et mes copainsà l'Ecole et ailleurs!
RESUME
L'approche objet permet des applications plus évoluées et plus fiables et des développements
spécifiques moins coûteux et évolutifs. Les objectifs de ce travail sont, d'une part, de contribuer à la conceptualisation complète de modèles de simulation à objet et d'autre part, de les implémenter en utilisant des techniques de programmation concurrente. Après une présentation, au chapitre I, des concepts des systèmes de production et de leur gestion, nous avons évalué, au chapitre II, les différents modèles de structure et de simulation pour les systèmes de production. Le chapitre ID propose une démarche d'analyse pour identifier des classes d'objets en cinq types du domaine: physiques, rôles, incidents, interactions et spécifications. Chacune de ces classes est spécifiée par quatre modèles: communication, information, transition d'état et processus. Dans le chapitre IV, nous avons conceptualisé une architecture générale des objets actifs, une plateforme de simulationà objets concurrents et des
classes d'objets sémantiques tels que les transactions, les moyens de production et les décisions
pour l'établissement des modèles de simulation de production. Nous avons illustré, au chapitre
V, l'implémentation des coopérations spatiales et temporelles entre objets concurrents dans la simulation avec des concepts processus "légers" basés sur l'outil Meijin++.MOTS-CL ES
Système Production, Modélisation, Simulation, Orienté Objet, Programmation Parallèle,Processus Communicants
ABSTRACT
The object-oriented approach allows the development of complex and reliable applications with less effort than with classical approaches. The objectives of this research are, on the one hand, to propose a complete conceptualization of object-oriented simulation models and, on the other hand, to implement them by using concurrent programming techniques. After the presentation of the manufacturing systems and their management in chapter I, we classify the different structure and simulation models for production systems in chapter n. In chapter rn, we propose an analysis method to identify object classes by five domain types: physical, role, incident, interaction and specification. Bach of these classes is specified by four models: communication, information, state transition and process. A general architecture of active objects and of simulation platform and the principal semantic object classes (like transactions, production facilities and decision objects) to establish production simulation models are presented in chapter N. In chapter V we illustrate the implementation of spatial and timing coordination between concurrent objects in the simulation by using the concept of light-weight processes based on the Meijin++ tool.KEYWORDS
Production System, Modeling, Simulation, Object-Oriented, Parallel Programming,Communicating
Process
Table Matière
Remerciements
Résumé
Introduction
.................................. 15 Chapitre 1 Systèmes de Production et Gestion de Production1 Systèmes de Production ........................................................................
................. 19 ll Gestion de Production ........................................................................ .................. 21ll.1 Classification des Décisions .................................................................. 24
ll.2 Fonctions de Gestion ........................................................................ ...... 26 ll.2.1 Phase de Planification ............................................................... 26 ll.2.2 Phase de Programmation ........................................................... 27 ll.2.3 Phase d'Exécution ..................................................................... 28Ill Méthodes de Gestion de Production .................................................................... 30
Ill.l La Méthode M.RP ........................................................................ ........ 31 Ill.l.l Plan Stratégique et Industriel de Production ............................. 33 Ill.l.2 Plan Directeur de Production ................................................... 33 Ill.1.3 Calcul des Besoins ................................................................... 33Ill.1.4 Programme de Production ....................................................... 34 Ill.l.5 Conclusion sur la Méthode M.RP ........................................... 35 Ill.2 La Méthode Juste-A-Temps (J.A.T.) et la Méthode Kanban .................. 36
Ill.2.1
La Méthode Juste-A-Temps ..................................................... 36Ill.2.2
La Méthode Kanban ................................................................. 38Ill.2.3 Conclusion sur
la Méthode Juste-A-Temps et la Méthode Kan.ban ........................................................................ ............ 39 Ill.3 La Méthode O.P.T ........................................................................ ......... 40 Ill.4 Conclusion sur les Méthodes de Gestion de Production ......................... 44 IV Conclusion ........................................................................ 4510 Chapitre II Modélisation et Simulation des Systèmes de Production
1 In.troduction ........................................................... ; ............................................... 4 7
II La Métb.ode SADT ........................................................................ ....................... 49II.l Les Concepts de la Métb.ode ................................................................... 50
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