Transformation des systèmes de production existants et leur systèmes d'information d'entreprise (EISs) en systèmes de production cyber-physiques (CPPSs) dans le contexte de l'industrie 4.0

Transformation of existing production systems with integrated enterprise information systems (EISs) into cyber physical production systems (CPPSs) in the context of Industry 4.0

• Auteur / Autrice : Xuan Wu
• Direction : Ali Siadat, Virginie Goepp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel (AM)
• Date : Soutenance le 03/03/2022
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz - LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Damien Trentesaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ali Siadat, Virginie Goepp, Hervé Panetto, Olivier Cardin, Lianyu Zheng
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Panetto, Olivier Cardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion d'entreprise -- Systèmes d'information

Industrie 4.0

Thèses et écrits académiques

Génie industriel

Mots clés libres

Systèmes de production cyber-Physiques

Systèmes d'information d'entreprise

Transformation entreprise

Développement méta-Modèle

Industrie 4.0

Cyber physical production systems (CPPSs)

Enterprise information systems (EISs)

Enterprise transformation

Meta-Model development

Industry 4.0

Résumé

De nos jours, l'industrie manufacturière est confrontée à des tendances difficiles, telles que des produits hautement personnalisés, une complexité croissante des produits et des cycles de vie plus courts des produits. Pour relever ces défis, la quatrième révolution industrielle, également connue sous le nom d'industrie 4.0, apparaît sur la scène. Les systèmes de production cyber-physiques (CPPSs en anglais), qui se caractérisent par une interaction étroite entre les mondes cyber et physiques, sont la pierre angulaire de l’industrie 4.0. Ils apportent, dans un environnement changeant, intelligence et agilité aux entreprises manufacturières. Cependant, leur mise en œuvre réelle se heurte aux systèmes patrimoniaux existants au sein des ateliers et qu’il s’agit de faire évoluer. La thèse vise donc à proposer une méthode guidant la transformation d’un système existant de production intégré avec son système d'information d'entreprise (EISs) en un CPPS. Afin d'avoir une compréhension des éléments qui doivent être considérés au cours de cette transformation, un méta-modèle de CPPS est proposé. Il définit les éléments essentiels à prendre en compte et leurs relations. Sur la base de ce méta-modèle, une méthode de transformation est proposée. Cette méthode définit les étapes de la transformation de manière descendante, en commençant par l'analyse du système existant, en passant à la définition des exigences du système cible, puis en approfondissant l'analyse des écarts pour donner une solution de transformation spécifique, et enfin à l'évaluation de la solution de transformation. D’une part, elle guide la définition des éléments à ajouter et/ou à modifier au sein du système de production existant . D‘autre part, elle permet l’évaluation qualitative et quantitative du CPPS potentiel. Pour illustrer l'applicabilité générale et l’intérêt de cette méthode, des cas de simulation et de laboratoire sont présentés.

Nowadays, the manufacturing industry is facing challenging trends, such as highly customized products, increasing product complexity and shorter product lifecycles. For tackling these challenges, the fourth industrial revolution, also known as Industry 4.0, appears on the scene. Cyber-Physical Production Systems (CPPSs), which are characterized by a tight interaction of computational and physical elements, are essential in Industry 4.0. They bring the manufacturing industry with intelligence, agility and innovation in response to changeable market requirements. However, the real-scale implementation of CPPSs in industrial practices is still in its infancy due to the legacy barrier. The thesis, hence, aims at proposing a method to transform an existing production system with its integrated Enterprise Information System (EISs) into a CPPS. To have a common understanding of the elements that need to be considered for this transformation, a meta-model of CPPSs that defines all essential elements and relationships between these elements is proposed. Based on the meta-model of CPPSs, a method, which provides a detailed process to guide people in visualizing which elements need to be added and modified and to help manufacturers to determine whether to develop this transformation solution by an evaluation of its benefits, is proposed. This method defines the transformation steps in a top-down manner, starting with the analysis of the existing system, moving to the definition of the target system requirements, then going deeper to the gap analysis to give a specific transformation solution, and finally to the evaluation of the transformation solution. To demonstrate the efficacy and general applicability of this method, simulation and laboratory cases are introduced, which pave the way for further testing within real systems in future work.