Conduite orientée ordonnancement d'un simulateur dynamique hybride : application aux procédés discontinus, Control oriented scheduling of a dynamic hybrid simulator : application to batch processes

Florian Fabre

Description

Sous la direction de Jean-Marc le Lann, Pascale Zaraté
Thèse soutenue le 20 octobre 2009: INPT
Ce manuscrit présente des travaux visant à intégrer un module d'ordonnancement (ProSched) à l'environnement de modélisation et simulation dynamique hybride PrODHyS dans le but d'automatiser la génération de scénarii de simulation de procédés discontinus sur la base d'une recette et d'une liste d'ordres de fabrication (OF). La méthodologie développée repose sur une approche mixte optimisation/simulation. Dans ce cadre, trois points essentiels ont été développés dans ces travaux : - tout d'abord, concevoir et développer des composants réutilisables (classes de recette) permettant de modéliser de manière hiérarchisée et systématique le déroulement des opérations unitaires. Pour cela, les notions de jeton Task et de macro-place paramétrable ont été introduites dans les RdPDO et permettent de décrire les recettes à réaliser par assemblage de ces composants prédéfinis. - ensuite, définir un modèle mathématique générique d'ordonnancement basé sur un formalisme de représentation bien établi (le R.T.N.) qui permet de modéliser les principales caractéristiques d'un procédé discontinu et de fournir l'ensemble des données d'entrée nécessaires au modèle de simulation. Pour cela, un modèle PLNE basé sur la formulation Unit Specific Event a été mis en œuvre. - enfin, définir l'interface existant entre le modèle d'optimisation et le modèle de simulation, à travers la notion de place de pilotage et de centre de décision au niveau du simulateur. Dans ce cadre, différentes stratégies de couplage sont proposées. Les potentialités de cette approche sont illustrées par la simulation d'un procédé complet.
-Environnement de modélisation et simulation de procédés
-Pilotage d'une simulation dynamique hybride
-Ordonnancement court terme
-Programmation Linéaire en Variables Mixtes
-Réseau de Petri Différentiel Objet
-Couplage Optimisation/simulation
This thesis presents works which aim to incorporate a scheduling module (ProSched) to an environment for modeling and dynamic hybrid simulation PrODHyS in order to automate the generation of scenarios for simulation of batch processes based on a recipe and a list of production orders (OF). The methodology developed is based on a mixed optimization / simulation approach. In this context, three key points have been developed in this work: - First, design and develop reusable components (recipe classes) for the hierarchical and systematic modeling of the sequencing of unit operations. For this, the notions of Task token and macro-place have been introduced in the RdPDO formalism and allow the modeling of recipes by assembling these predefined components. - Secondly, define a generic mathematical model of scheduling based on a well defined graphical formalism (RTN) that models the main characteristics of batch processes and provide all input data necessary to the simulation model. For this, a MILP model based on the Unit Specific Event formulation has been implemented. - Finally, define the interface between the optimization model and the simulation model through the concept of control place and decision-making center at the simulator level. In this context, various strategies of mixing optimization and simulation are proposed. The potential of this approach is illustrated by the simulation of a complete manufacturing process
-Environment for modelling and simulation of processes
-Control of dynamic hybrid simulation
-Short-term scheduling
-Mixed Integer Linear Programming
-Object Differential Petri nets
-Optimization / simulation approach
Source: http://www.theses.fr/2009INPT023G/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

THÈSE
En vue de l'obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSEDOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Systèmes Industriels
Présentée et soutenue par Florian FABRE
Le 20 Octobre 2009
Titre : Conduite orientée ordonnancement d'un simulateur dynamique hybride :
application aux procédés discontinus
JURY
M. Sandro MACCHIETTO, Professeur à Imperial College London, United Kingdom, Rapporteur
M. Frédéric SEMET, Professeur à l'École Centrale de Lille, Lille, Rapporteur
M. Jean-Marc LE LANN, Professeur à l'INPT-ENSIACET, Toulouse, Membre
Mme Pascale ZARATE, Maître de Conférences à l'INPT-ENSIACET, Toulouse, Membre
M. Gilles HETREUX, Maître de Conférences à l'INPT-ENSIACET, Toulouse, Membre
M. Pierre LOPEZ, Chargé de recherche au LAAS-CNRS, Toulouse, Membre
M. Vincent MOUSSEAU, Professeur à l'École Centrale de Paris, Paris, Membre
Ecole doctorale : École Doctorale Systèmes (EdSYS)
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse
Directeur(s) de Thèse : M. Jean-Marc LE LANN, Mme Pascale ZARATE
Rapporteurs : M. Sandro MACCHIETTO, M. Frédéric SEMET- 2 - Année 2009
THESE
Préparée au
Laboratoire de Génie Chimique du CNRS
En vue de l’obtention du titre de
Docteur de l’Université de Toulouse
délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Spécialité
Systèmes Industriels
Par
Florian FABRE
Ingénieur ENSIACET Toulouse
CONDUITE ORIENTEE ORDONNANCEMENT D'UN
SIMULATEUR DYNAMIQUE HYBRIDE :
APPLICATION AUX PROCEDES DISCONTINUS
Soutenue le 20 octobre 2009, devant le jury composé de :
Rapporteurs : Sandro MACCHIETTO
Frédéric SEMET
Directeurs de thèses : Jean-Marc LE LANN Pascale ZARATÉ
Co-directeur de thèse : Gilles HÉTREUX
Examinateur : Pierre LOPEZ
Vincent MOUSSEAU
- 3 - - 4 - À la mémoire de mon grand-père,
À mes parents et à mes frères,
- 5 - - 6 - Remerciements
Une Fin pour un Début ! Comme toujours dans ces moments là, on ne garde que les meilleurs moments
des aventures passées et quelle aventure ! Je laisserai donc les moments de doute et de découragement à
ceux qui ne croyaient pas que je puisse arriver à la fin ; leur doute a été mon catalyseur. Mes
remerciements vont plutôt à toutes les personnes qui m’ont permis d’avancer durant cette période de ma
vie (un peu trop longue du goût de mes nièces) et avec qui j’ai appris à transformer le découragement en
enthousiasme, et le doute en sérénité.
Mes remerciements vont tout d’abord aux rapporteurs de cette thèse, Monsieur Sandro
MACCHIETTO, professeur à l’Imperial College of London, et Monsieur Frédéric SEMET, professeur à
l’Ecole Centrale de Lille.
J’adresse ensuite mes sincères remerciements à Messieurs Pierre LOPEZ et Vincent
MOUSSEAU, d’apporter leur caution scientifique à cette thèse.
J’exprime tout mon respect à mes deux directeurs de thèse, Jean-Marc LE LANN et Pascale
ZARATE ainsi qu’à Gilles HETREUX, pour la confiance que vous m’avez accordée, malgré la difficulté
et les risques de l’aventure dans laquelle je m’engageais, et des choix personnels que je faisais.
Jean-Marc, comme tu le sais déjà tes venues en fin de journée aux algécos constituaient pour nous ces
petits moments qui nous aidaient à avancer et il y a une phrase que je garderai, tu me l’as dite l’autre soir
en passant au bureau pendant ma période de rédaction dans ces chers algécos que je retrouvais
épisodiquement depuis bientôt trois ans : « C’est pas évident, hein ? », comme toujours, bien résumé !
Merci à Pascale pour m’avoir aidé à garder le cap durant ces quatre longues années, tu m’as aidé à être
efficace, à me fixer des jalons et à garder en tête mes priorités, je t’en remercie !
Ensuite, je tiens plus particulièrement à remercier Gilles, mon encadrant durant ces quatre années
de thèse. Je te remercie de m’avoir considéré comme ton collègue, je te suis reconnaissant pour toutes ces
discussions et ces débats qui nous ont fait avancer dans ces recherches. Cette thèse est le fruit de notre
collaboration. Ce fut vraiment très enrichissant de travailler avec toi.
Je remercie la société ProSim pour le suivi et le soutien de ces travaux.
Plus largement, j’exprime toute ma reconnaissance au département PSI pour leur accueil
chaleureux et leur gentillesse. Un merci tout particulier à Catherine, qui a toujours suivi mes travaux.
Je tiens plus particulièrement à remercier les équipes AFP et GI, mes anciens professeurs et collègues d’un
temps. Merci à Xuan, Xavier, Pascal, Denis, Vincent, Raphaële, Stéphane, Alain, Philippe, Sophie, Jean-
Pierre, Christian, Chantal, Karim et Michel. Merci à tous pour votre soutien, pour cette ambiance si
particulière, pour ces bons moments passés ensemble.
Cette thèse a également été une aventure humaine faite de rencontres et de partages simples,
enrichissants et inoubliables. Merci donc aux thésards de l’algéco à Guillermo, Alejandro, Françoise et
Florian.
- 7 - Je tiens aussi à remercier Didier BERTANA et Jean-Marc JOUANINE pour m’avoir aidé eux-
aussi durant cette période, leur compréhension et leur soutien ont été déterminants pour mener à bien
cette thèse durant cette dernière année. Encore Merci !
Enfin, cette thèse n’aurait pas pu aboutir sans le soutien inconditionnel de mes amis. Ceux qui ont
partagés avec moi ces moments inoubliables dans « nos » algécos et ceux qui partagent ma vie aujourd’hui
à Pau.
- Nelly pour nos discussions interminables sur notre avenir, et nos soirées aux algécos, et durant ces
deux dernières années pour votre accueil avec Vincent, ce sera toujours un bonheur de vous
retrouver, tous les… trois !
- Guillaume, pour ton accueil dans ton « palace ! » durant ces dernières semaines de rédaction, je n’ai
jamais du te prévenir plus de deux jours à l’avance de mes arrivées !! Merci !
- Marie et Emmanuel, pour nos discussions interminables sur LA thèse et votre soutien sans faille.
- Jean-Marie pour tes relectures éclairées.
Et tous les autres, les amis de longues dates, qui ont toujours été là dans les bons et les mauvais
moments Arnaud, Rémi, Jordane, Adrien, Jocelyn, FabreS , Mike, Etienne, Loac, Maumau…
Pour finir, je tiens à remercier ma famille, présente à tous les instants, bons et mauvais, pour avoir
vécu avec moi ces années, pour m’avoir soutenu, écouté, conseillé. Merci à mes parents d’avoir toujours
été là, présents. Merci pour votre amour !
Merci à mes frères et à Isabelle, à Arnaud et Manue merci pour ces moments partagés qui me redonnent
du courage, pour votre soutien.
Je ne peux finir ces remerciements sans écrire un dernier paragraphe pour Sandra, ces quatre
années n’ont pas été faciles, tu as accepté ces contraintes parfois lourdes et je t’en remercie. Tu m’as
donné la force et le courage de traverser cette épreuve, c’est « Une Fin pour un Début ! ».
- 8 - TABLE DES MATIERES
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