Normalisation du Cyber- Physique Système pour une fabrication intelligente

Design and development of CPS systems based on SMA for decision making in production systems

• Auteur / Autrice : Ahmadzai Ahmadi
• Direction : Vincent Cheutet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 11/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DISP - Décision et Information pour les Systèmes de Production (Lyon, INSA)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Lumière (Lyon ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Roucoules
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Cardin, Keshav Dahal, Yacine Ouzrout, Chantal Bonner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Cardin, Hind Bril EL Haouazi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Objets coopérants (informatique)

Mots clés libres

Systèmes Cyber Physiques

Fabrication intelligente (Smart Manufacturing)

Standardisation

Connectivité sans fil

Architectures CPS

Cyber-Physical System

Smart Manufacturing

Standardization

Wireless Connectivity

CPS Architectures

Résumé

Un Système Cyber-Physique (CPS – Cyber-Physical System) est un système intelligent qui repose sur la collaboration de composants informatiques pour le contrôle de composants physiques. Les CPS relient le monde physique via des capteurs, des actionneurs, de la robotique et des systèmes intégrés, au monde virtuel du traitement de l'information. Les CPS constituent un vaste domaine de l'ingénierie prenant en charge des applications dans les interventions d'urgence, le transport aérien, les infrastructures critiques, les soins de santé, le transport intelligent, la robotique de service, et en particulier la fabrication intelligente. La technologie CPS est la technologie de base permettant le passage de l'Industrie 3.0 à la fabrication intelligente (Industrie 4.0), en transformant la fabrication de pointe. Cependant, la reconfiguration dynamique, les technologies de l’information, la connectivité sans fil, sont les défis importants des systèmes de production cyber-physique (CPPS), et la standardisation est undéfi essentiel pour ces derniers.L'objectif de cette thèse est d'aider les entreprises industrielles à intégrer les CPS dans leur chaîne de production, en se focalisant sur les normes. La principale contribution de ce travail de recherche consiste donc en la proposition d’un cadre théorique permettant la prise de décision pour l’intégration de CPSs. Ce cadre facilitera la conception et la configuration des CPSs afin de mettre en place un système d’aide à la décision pour les systèmes de production, axé sur la normalisation. Les ressources (machines, consommables, produits) seront équipées d'un ensemble de capteurs et d’actionneurs qui interagirons les uns avec les autres et avec leur environnement, pour donner des informations sur le processus de production et gérer les situations critiques.Les contributions de cette thèse sont tout d’abord un état de l’art sur la fabrication intelligente (Smart Manufacturing), les CPS et les standards, les architectures CPS; ensuite, la proposition d’une architecture 3C CPS pour la fabrication intelligente; puis, une étude sur les exigences pour les CPS en matière de réseaux sans fil, à partir des normes de technologie sans fil existantes; une proposition de normes pour chaque composant de l'architecture 3C CPS; enfin, la validation de l’architecture 3C CPS proposée dans le cadre de la ligne de production de condensateurs de l’entreprise Exxelia. L'architecture et les normes proposées ont pour finalité d’aider les entreprises à intégrer les CPS dans leurs chaînes de production, ceci dans le cadre de la fabrication intelligente (Smart Manufacturing).

A Cyber-Physical System (CPS) is a smart system that depends on the collaboration of cyber and physical components. CPSs link the physical world through sensors, actuators, robotics, and embedded systems with the virtual world of information processing. Besides, CPS is a broad area of engineering which supports applications across emergency response, air transportation, critical infrastructure, health care, intelligent transportation, robotic for service, and particularly Smart Manufacturing. CPS is the core technology enabling the transition from Industry 3.0 to Smart Manufacturing (Industry 4.0) and is transforming advanced global manufacturing. However, dynamic reconfiguration, information technology, wireless connectivity, are essential challenges for cyber-physical production system (CPPS), and standardization is one of the vital challenges for CPPS.The objective of this thesis is to help the industry companies to integrate CPS in their production line, focusing on standards. The main contribution of this research is thus a theoretical decision-making framework for CPS integration. The application is the development of a framework that will facilitate the design and configuration of CPS systems to build a decision support system for production systems to focus on standardization. The resources (machines, consumables, products) will be equipped with a set of sensors/actuators, so they can interact with each other and with their environment to give information about the production process and to manage critical situations.The contributions of this thesis are first a literature review about Smart Manufacturing, CPS and standards, CPS architectures; second a proposed 3C CPS architecture for Smart Manufacturing; third a study on CPS wireless requirements from existing wireless technology standards; fourth a proposition of standards for each component of the 3C CPS architecture; and fifth, the validation of the proposed 3C CPS architecture in the Capacitor production line of Exxelia manufacturing.The proposed architecture and standards will assist the Smart Manufacturing companies in integrating CPS in their production lines.