Self-organized and evolvable holonic architecture for manufacturing control - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Self-organized and evolvable holonic architecture for manufacturing control

Proposition d’une architecture holonique auto-organisée et évolutive pour le pilotage des systèmes de production

José Barbosa
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 965358

Résumé

The manufacturing world is being deeply challenged with a set of ever demanding constraints where from one side, the costumers are requiring products to be more customizable, with higher quality at lower prices, and on other side, companies have to deal on a daily basis with internal disturbances that range from machine breakdown to worker absence and from demand fluctuation to frequent production changes. Traditionally, manufacturing companies rely on centralized and monolithic processing units which were capable to introduce high levels of optimization under rigid working conditions, but are not able to respond the responsiveness and agility imposed by the aforementioned disturbances and demands. More recently, a shift in the manufacturing control systems paradigm has been noticed, promoting to increase the responsiveness and agility, through the decentralization and distribution of the processing capacity throughout several small and autonomous entities, which are able to take decisions locally, but needing to cooperate to achieve the overall system goals. Despite of the benefits introduced by this decentralization, these newer systems were never able to reach the performance levels achieved by the classical approaches during normal functioning conditions, and also never implemented truly self-organization concepts to support condition changes. This dissertation proposes a manufacturing control architecture, following the holonic principles developed in the ADAptive holonic COntrol aRchitecture (ADACOR) and extending it taking inspiration in evolutionary theories and making use of self-organization mechanisms. The use of evolutionary theories enrich the proposed architecture by allowing evolution in two distinct ways, responding accordingly to the type and degree of the disturbance that appears. The first component, named behavioural self-organization, allows each system's entity to dynamically adapt its internal behaviour, addressing small disturbances. The second component, named structural self-organization, addresses bigger disturbances by allowing the system entities to re-arrange their relationships, and consequently changing the system in a structural manner. Acting at the holon internal behaviour, i.e. at the micro level, each holon is able to handle locally small disturbances or to improve individually its internal performance, being considered as a smooth evolution or adaptation. Acting at the relations level, i.e. at a macro level, the system is able to drastically respond to more drastic disturbances by imposing a structural re-organization, being considered a drastic evolution. The proposed self-organized holonic manufacturing control architecture was validated at the AIP-PRIMECA flexible manufacturing cell located at the Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. The achieved experimental results have also shown an improvement of the key performance indicators over the hierarchical, heterarchical and the ADACOR control architecture.
Le monde des entreprises est profondément soumis à un ensemble de contraintes toujours plus exigeantes provenant d’une part des clients, exigeant des produits plus personnalisables, de qualité supérieure et à faible coût, et d’autre part des aléas internes aux entreprises, comprenant les pannes machines, les défaillances humaines, la fluctuation de la demande, les fréquentes variations de production. Traditionnellement, les industries manufacturières reposent sur des unités de productions centralisées et monolithiques qui sont capables d’obtenir des niveaux élevés de l'optimisation, sous réserve de conditions de travail rigides, mais ne sont pas en mesure de répondre de la réactivité et l'agilité imposée par les perturbations et les exigences actuelles. Plus récemment, afin d'accroître la réactivité et l'agilité, le contrôle des systèmes de production ont connu un changement de paradigme, permettant la décentralisation et la distribution de la capacité de traitement au sein de multiples entités autonomes capable de prendre des décisions au niveau local, mais capable également de coopérer afin d’atteindre les objectifs globaux du système. Malgré les avantages introduits par cette décentralisation, ces nouveaux systèmes n’étaient en fait jamais réellement en mesure d'atteindre les niveaux de performance obtenus par les approches classiques, sous conditions de fonctionnement normales, et de plus, les concepts d’auto-organisation n’ont jamais vraiment été mis en œuvre pour faire face aux changements de condition. Cette thèse propose une architecture de contrôle de systèmes de production, basée sur les principes holoniques développé és dans l’architecture ADACOR (ADAptive holonic COntrol aRchitecture), et l’étendant en s’inspirant des théories de l'évolution et en utilisant des mécanismes d’auto-organisation. L'utilisation des théories de l'évolution enrichit l'architecture ADACOR en permettant l'évolution de deux manières distinctes, en réponse au type et au degré de la perturbation apparue. Le premier mode d’adaptation, appelé auto-organisation comportementale, permet à chaque entité qui compose le système d’adapter dynamiquement leur comportement interne, gérant de cette façon de petites perturbations. Le second mode, nommé auto-organisation structurelle, traite de plus grandes perturbations, en permettant aux entités du système de ré-organiser leurs relations, et par conséquent modifier structurellement le système. Agir sur le comportement interne du holon, c’est-à-dire au niveau micro, permet à chaque holon de gérer localement de petites perturbations ou d’améliorer individuellement la performance interne, et est considéré comme une légère évolution ou adaptation. Agir au niveau des relations, c’est-à-dire au un niveau macro, permet au système de répondre à des perturbations plus profondes en imposant une réorganisation structurelle, et est considéré comme une forte évolution. L’architecture holonique auto-organisée de contrôle de systèmes de production proposée dans cette thèse a été validée sur la cellule de production flexible AIP-PRIMECA située à l'Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Les résultats ont montré une amélioration des indicateurs clés de performance par rapport aux architectures de contrôle hiérarchiques, hétérarchiques et également par rapport à l’architecture ADACOR initiale.
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Dates et versions

tel-01137643 , version 1 (31-03-2015)
tel-01137643 , version 2 (18-02-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01137643 , version 1

Citer

José Barbosa. Self-organized and evolvable holonic architecture for manufacturing control. Automatic. Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, 2015. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01137643v1⟩
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