T.P N° 5 Modélisation et simulation des systèmes de production Objectif : Collecter les indices de performances pour un système de production par la méthode de simulation à l’aide du logiciel « ARENA ».
Introduction La performance globale d’un système de production est le résultat d’une interaction complexe de nombreux facteurs aussi variés que : la vitesse d'un engin de manutention, le temps de changement d'outil sur une machine, les principes d'ordonnancement utilisés ou encore la dextérité d'un opérateur. Cette superposition de facteurs nécessite de représenter le système industriel comme un modèle où toutes ces composantes interagissent, qu'elles soient des flux physiques ou des flux d'informations. On utilise un modèle quand on veut comprendre un système réel que l’on ne peut pas observer ou expérimenter directement, parce que le système n'existe pas encore ou parce que cela est trop difficile à manipuler. Ensuite, par simulation, il est possible de mesurer l'impact relatif de chacune de ces composantes sur la performance globale du système de production. Ainsi, la modélisation et la simulation de la partie opérative du système permet de fournir les informations nécessaires au système de conduite. La modélisation est le processus de conception d’un modèle d’un système, tandis que la simulation est le processus d’implantation du modèle et les simulations faites sur ce modèle dans le but de comprendre le comportement du système et/ou d'évaluer différentes stratégies pour différentes opérations du système. La simulation est l'un des plus puissants outils d'analyse des systèmes complexes. Aujourd'hui, elle est devenue indispensable pour résoudre les problèmes d’optimisation des flux physiques ou des flux d’informations dans les systèmes de production manufacturiers
La simulation est une technique, appliquée dans ce cours aux systèmes de production, permettant d'étudier le comportement d'un système en construisant un modèle logiciel de
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celui-ci et pouvoir analyser par la suite les résultats fournies par le déroulement du modèle et formuler des décisions relatives au système.
En conclusion, on peut dire qu’en production, la simulation permet d’évaluer les effets suivants : •
suppression/adjonction de machines/de main d'oeuvre ;
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modification du processus de fabrication : gammes, temps de fabrication et de préparation ;
présence d'aléas de fabrication : pannes machines, rupture des stocks, commandes urgentes ;
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capacité des stocks ;
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ordonnancement : politiques de lancement, règles de gestion des files d'attente, affectation
des ressources, ... •
insertion de nouveau produits/suppression de produits existants.
Il existe divers indices de performances d’un système de production : 1. temps d’attente moyen dans la file d’attente : WT 2. nombre moyen de client/produit en attente devant : NW 3. temps de séjour moyen : W I p
Deux méthodes sont possibles pour collecter les indices de performances IP d’un modèle de simulation : -
la méthode de grandes réplications : on l’utilise généralement pour un système à fonctionnement infini (exemple : atelier de fabrication travaillant par poste)
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la méthode de N réplications : pour un système à fonctionnement fini (exemple : banque)
Généralités sur le Logiciel ARENA Pour la modélisation et la simulation d’un atelier de production nous allons utiliser le logiciel SIMAN/Arena, développé par Systemes Modeling Corporation. Il est notamment dédié à la modélisation, simulation et animation de systèmes de production. Le logiciel est basé sur les concepts de programmation orientée objet et de modélisation hiérarchique, utilisant la puissance et la flexibilité de modélisation du système SIMAN/Cinema
A l'aide d'Arena on peut développer un projet complet de simulation. Arena est un support intégré pour l'analyse des données d'entrée, la construction du modèle, l'exécution interactive, l'animation, la traçabilité et la vérification de l'exécution et l'analyse des sorties.
Les utilisateurs peuvent développer des nouveaux modèles dans la fenêtre du modèle, des nouvelles constructions de modélisation dans la fenêtre de template, identifier les caractéristiques des données d'entrée dans la fenêtre d'entrée et analyser les résultats de simulation dans la fenêtre de sortie.
Pour se familiariser avec le logiciel Arena, lancer le programme en suivant le chemin suivant : Démarrer\ Programmes\ Rockwell Software\ Arena \ Arena 5.0 ou en l’activant directement à
partir du raccourci présent sur le bureau
.
Le lancement du logiciel ouvre la fenêtre principale montrée sur la figure suivante :
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On distingue sur cette figure 4 zones principales :
Zone 1 : Partie de la fenêtre principale dans laquelle on construit le modèle de
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simulation (fenêtre du réseau).
Zone2 : Partie de la fenêtre dans laquelle on travaille sur les données utilisées
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pour faire fonctionner le réseau. •
Zone 3 : La partie « bibliothèque » du logiciel permettant d’accéder à tous les objets prédéterminés permettant de construire le réseau ou les données
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Zone 4 : Menus et raccourcis des icônes des menus.
APPLICATIONS : Le principe de la simulation de l’obtention d’une pièce ou un service en cours de production est le suivant :
Type de produit Temps entre les arrivées Taille de la commande Loi d’arrivée des produits L’instant d’arrivée de la première pièce
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Données de l’exercice 1
- Alimentation 1 : Pièce en acier 100 pièces Loi d’arrivée des produits suit la loi EXP(5) Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :0
Machine M1 : temps d’usinage constant = 6 min Machine M2 : temps d’usinage constant = 11 min
Travail demandé : - Représenter notre système en utilisant le logiciel ARENA - Après simulation, trouver : WT(M1,queue) =
; WT(M2,queue) =
; NW(M2,queue)=
; NW =
machine M1 =
; Taux d’utilisation de la machine M2 =
; WIp =
; WT ; NW(M1,queue) = ; Taux d’utilisation de la
- Refaire ce travail en changeant loi d’arrivée des produits par : constante = 10 min
- Conclure :
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Données de l’exercice 2
- Alimentation 1 : 100 pièces 10 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :0 - Alimentation 2 : 50 pièces 10 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce : 2 M1 : temps d’usinage= 12 min M2 : temps d’usinage= 11 min M3 : temps d’usinage= 8 min
Travail demandé : - Représenter notre système en utilisant le logiciel ARENA - Après simulation, donner quelques indices de performance : WT ; NW ; Taux d’utilisation de la machine M1, M2 et M3 ; …………
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Données de l’exercice 3
- Alimentation 1 : Pièce en acier 300 pièces 50 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :0 - Alimentation 2 : Pièce en laiton 200 pièces 30 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :5
- M1 : Tour 1 ; temps d’usinage= 23 min - M2 : Fraiseuse 1 ; temps d’usinage= 25 min - Si la pièce usinée est en acier, elle sera stockée dans le magasin produit finis 1, sinon (pièce en laiton) elle sera stockée dans le magasin produit finis 2 Travail demandé : - Représenter notre système en utilisant le logiciel ARENA - Après simulation, donner quelques indices de performance : WT ; NW ; Taux d’utilisation de la machine M1, M2 ; …………
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Données de l’exercice 4
- Alimentation 1 : Pièce en acier 300 pièces 50 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :0 - Alimentation 2 : Pièce en laiton 200 pièces 30 minutes Arrivée unitaire Temps d’arrivée de la première pièce :5
M1 : temps d’usinage pour les pièces en acier= 12 min temps d’usinage pour les pièces en laiton= 9 min M2 : temps d’usinage pour les pièces en acier= 11 min temps d’usinage pour les pièces en laiton= 8 min M3 : temps d’usinage pour les pièces en acier= 8 min temps d’usinage pour les pièces en laiton= 4 min - Stockage collectif des pièces usinées dans le magasin produit finis
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Travail demandé : - Représenter notre système en utilisant le logiciel ARENA - Après simulation, donner quelques indices de performance : WT ; NW ; Taux d’utilisation de la machine M1, M2 et M3 ; …………
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