Couplage de la configuration de produit et de projet de réalisation : exploitation des approches par contraintes et des algorithmes évolutionnaires, Coupling product and project configuration : exploitation of constraints approches and evolutionnary algorithms

Mériem Djefel

Description

Sous la direction de Michel Aldanondo, Claude Baron
Thèse soutenue le 17 novembre 2010: INPT
Dans le contexte actuel de compétitivité des marchés, la maîtrise et l'optimisation des processus de conception et de planification sont nécessaires pour garantir, d'une part la fiabilité et la qualité des produits systèmes ou services conçus et, d'autre part, le cycle de développement et les coûts. Ce constat impose de développer et d'améliorer les méthodes, modèles, techniques et outils relatifs aux processus de conception et de gestion ou de planification. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans ce contexte et proposent de mettre en relation ou encore de faire intéragir la configuration de produit avec la planification du projet de réalisation. Le but de ces travaux est d'apporter une aide à la décision pour le couplage de la configuration de produit et de la planification du projet associé, en exploitant deux outils issus de l'Intelligence Artificielle : les approches par contraintes et les algorithmes évolutionnaires. Cette aide à la décision est présentée en deux parties. La première partie décrit l'utilisation des approches par contraintes afin de permettre au décideur de configurer son produit et son projet de réalisation de manière simultanée et interactive. Pour ce faire, les techniques de propagation et de filtrage des contraintes sont exploitées spécifiquement. La deuxième partie s'intéresse à l'exploitation des algorithmes évolutionnaires pour optimiser l'espace de solutions selon les critères coût et délai afin de présenter au décideur, un ensemble réduit de solutions optimisées. Un algorithme SPEA2 modifié en intégrant des méthodes de filtrage dans ses opérateurs de parcours de l'espace de recherche y est présenté. Toutes nos propositions sont illustrées sur un exemple d'avion de tourisme et d'affaire.
-Configuration produit
-Planification projet
-Approches par contraintes
-Algorithmes évolutionnaires
In the actual context of market the control and optimization of design processes are essential to ensure on the one hand, the reliability and quality of products, on the other hand the development time and costs. This phenomenon involves the constant development of methodologies, in order to improve the diversity and quality of the product and at the same time to shorten their development time and decrease their cost The work presented in this thesis fits into this context and propose to associate products configuration and production process planning. The aim of this work is to provide decision support for the coupling of onfiguration products and the associate production process leveraging two tools of Artificial Intelligence : constraints approaches and evolutionary algorithms. This decision support is presented in two parts. The first part decribes the use of constraints approaches to allow decison-maker to configure product and its production process simultaneously and interactively. For this aim, propagation and filtring techniques are exploited specifically. The second part deals with the use of evolutionary algorithms to optimize the space solutions according to time and cost criteria in order to provide a small set of optimized solutions to the decision-maker. SPEA2 algorithm modified by incorporating filtering methods in its evolutionary operators. All our proposals ara illustrated on an exemple of light aitcraft.
-Product configuration
-Projet planning
-Constraints approaches
-Evolutionary algorithms
Source: http://www.theses.fr/2010INPT0064/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 25
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

%NVUEDELOBTENTIONDU
$?LIVR?PAR
InstitutNationalPolytechniquedeToulouse(INPToulouse)
Systèmesindustriels
MériemDjefel
mercredi17novembre2010
4ITRE
Couplagedelaconfigurationdeproduitet
deprojetderéalisation:exploitationdesapproches
parcontraintesetdesalgorithmesévolutionnaires
*529
Pr.AbdelazizBouras(président)
Pr.SamuelGomez(membre)
Dr.ThierryCoudert
Dr.EliseVareilles(membre)
%COLEDOCTORALE
Systèmes(EDSYS)
5NIT?DERECHERCHE
Écoledesminesd’Albi-Carmaux-CentreGénieIndustriel
$IRECTEURSDE4H?SE
M.MichelAldanondoetMmeClaudeBaron
2APPORTEURS
Dr. Éric Bonjour et Dr. Pierre-Alain Yvars
%&506-064&$ISCIPLINEOUSP?CIALIT?-6/*7&34*5?%&506-064&%0$503"5%&-6/*7&34*5?LE0R?SENT?EETSOUTENUEPAR%0$503"5%&Remerciements
En premier lieu, je tient à remercier mes encadrants de thèse ; ces travaux de thèse ne serait
pas aussi aboutis sans leurs conseils et leur disponiblité : Michel Aldanondo directeur de these,
Claude Baron co-directrice et sans oublier Elise Vareilles mon encadrante. Je vous remercie de
m’avoir accompagné et enrichi de vos connaissances durant ces trois années.
Je remercie les rapporteurs de cette thèse Eric Bonjour et Pierre Alain Yvars pour leurs commen-
taires et leurs questions qui m’ont permis de pousser ma réflexion plus loin. Je remercie également
Samuel Gomes, Thierry Coudert et Abdelaziz Bouras de m’avoir fait l’honneur d’accepter de
juger ces travaux de thèse.
Je remercie tous les membres de Centre Génie Industriel pour leur soutient et leur sympathie et
plus particulièrement Isabelle.
Merci à tous mes amis qui m’ont soutenu, aider et encourager.
Je tient aussi à remercier toute ma famille, qui m’a soutenu pendant tout ce temps. Enfin je ne
remercirerai jamais assez ma mère qui a toujours su trouver les mots justes pour me poussez à
étudier et à ne jamais baisser les bras.
Thanimirth Yemma Azzizen.
iiiTable des matières
1 Cadre général des travaux et problématique 5
1.1 Conception et configuration de produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.1 Approches et méthodologies de conception . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.2 Configuration et de configuration . . . . . . . . . . . . 12
1.1.3 Outils et techniques d’aide à la décision en conception ou en configuration 15
1.1.4 Conclusion sur conception et configuration de produit . . . . . . . . . 17
1.2 Gestion et planification de projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.1 Processus de gestion et de planification de projet . . . . . . . . . . . . 18
1.2.2 Méthodes et outils pour la de projet . . . . . . . . . . . . 19
1.2.3 Conclusions sur gestion et planification de projet . . . . . . . . . . . . 21
1.3 Couplage de la conception de produit et planification de projet . . . . . . . . . 21
1.3.1 Éléments de définition relatifs au couplage conception-planification . . 22
1.3.2 Travaux généraux reliant les deux domaines . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.3 Méthodes et outils couplant les domaines sur des problèmes spécifiques 23
1.3.4 Conclusions sur couplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4 Problèmes de satisfaction de contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.1 Définition d’un problème de satisfaction de contraintes . . . . . . . . . 24
1.4.2 CSP à structure statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4.3 CSP à structure dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.4 Filtrage et résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4.5 Conclusion sur les CSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5 Terrain d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5.1 Problématique industrielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5.2 Organisation du projet ATLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
i2 Couplage et propagation de contraintes 37
2.1 Configuration et CSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.1 Configuration : problème élémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.2 : avec des éléments optionnels . . . . . . . . . 43
2.1.3 Configuration : problème avec sélection d’éléments en exclusion . . . . 49
2.1.4 : avec des sous-ensembles optionnels . . . . . 52
2.1.5 Implémentation des modèles sur les outils logiciels . . . . . . . . . . . 52
2.1.6 Conclusion sur la configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2 Planification et CSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.1 Planification : problème élémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.2 : avec des tâches optionnelles . . . . . . . . . . 58
2.2.3 Planification : problème avec sélection de tâches en exclusion . . . . . 62
2.2.4 : avec des sous-projets optionnels . . . . . . . . 67
2.2.5 Implémentation des modèles sur les outils logiciels . . . . . . . . . . . 67
2.2.6 Problème de planification avec prise en compte des ressources . . . . . 69
2.2.7 Conclusion sur la planification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.3 Couplage configuration/planification et CSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.3.1 Couplage : problèmes élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.3.2 : avec entités optionnelles . . . . . . . . . . . . . 80
2.3.3 Couplage : problèmes avec sélection d’entités en exclusion . . . . . . . 86
2.3.4 Implémentation des modèles sur les outils logiciels . . . . . . . . . . . 92
2.3.5 Conclusion sur le couplage configuration planification avec des CSP . . 93
3 Optimisation du couplage configuration planification 95
3.1 Problème d’optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1.1 Méthodes d’optimisation multi-objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.1.3 Algorithmes évolutionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2 Approche d’optimisation proposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.1 Algorithme SPEA2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.2 Proposition d’un algorithme SPEA2 prenant en compte les contraintes 104
3.2.3 Conclusion sur l’algorithme proposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.3 Mise en œuvre et expérimentations de l’algorithme sur l’exemple . . . . . . . . 107
3.3.1 Optimisation évolutionnaire du problème de configuration planification 107
iiTable des matières
3.3.2 Présentation de l’exemple de l’avion de tourisme . . . . . . . . . . . . 109
3.3.3 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Annexes : Implémentation des modèles 131
.1 avec CoFiADe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
.1.1 Déclaration des variables CS et EN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
.1.2 Implémentation de la contrainte C (CS;EN) . . . . . . . . . . . . . . 131C2
?.1.3 Implémenation du réservoir supplémentaire en CSP . . . . . . . . . . 131
.1.4 du réservoir en DCSP . . . . . . . . . . 132
?.1.5 Implémenation des élements en exclusion FCU et FCA en CSP . . . . 132
.1.6 des élements en exclusion FCU et FCA en DCSP . . . 133
.2 Implémentation avec ILOG CP 5.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
.2.1 Déclaration des variables CS et EN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
.2.2 Implémentation de la contrainte C (CS;EN) . . . . . . . . . . . . . . 133C2
?.2.3 Implémenation du réservoir supplémentaire en CSP . . . . . . . . . . 134
.2.4 du réservoir en DCSP . . . . . . . . . . 135
.2.5 Implémenation des élements en exclusion FCU et FCA en CSP? . . . . 135
.2.6 des élements en exclusion FCU et FCA en DCSP . . . 135
.3 Implémentation avec ECLiPSe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
.3.1 Déclaration des variables CS et EN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
.3.2 Implémentation de la contrainte C (CS;EN) . . . . . . . . . . . . . . 135C2
?.3.3 Implémenation du réservoir supplémentaire en CSP . . . . . . . . . . 136
.3.4 du réservoir en DCSP . . . . . . . . . . 136
x.3.5 Implémenation des élements en exclusion FCU et FCA en CSP ? . . . 137
.3.6 des élements en exclusion FCU et FCA en DCSP . . . 137
?Annexes : Code source du couplage en CSP implémentation avec CoFiADe 139
iiiIntroduction
Contexte et problématique
Dans le contexte actuel de compétitivité des marchés, la maîtrise et l’optimisation des pro