Self-organized and evolvable holonic architecture for manufacturing control

Le monde des entreprises est profondément soumis à un ensemble de contraintes toujours plus exigeantes provenant d’une part des clients, exigeant des produits plus personnalisables, de qualité supérieure et à faible coût, et d’autre part des aléas internes auxentreprises, comprenant les pannes machines, les défaillances humaines, la fluctuation de la demande, les fréquentes variations de production. Cette thèse propose une architecture de contrôle de systèmes de production, basée sur les principes holoniques développées dans l’architecture ADACOR (ADAptive holonic COntrol aRchitecture), et l’étendant en s’inspirant des théories de l’évolution et en utilisant des mécanismes d’auto-organisation. L’utilisation des théories de l’évolution enrichit l’architecture de contrôle en permettant l’évolution de deux manières distinctes, en réponse au type et au degré de la perturbation apparue. Le premier mode d’adaptation, appelé auto-organisation comportementale, permet à chaque entité qui compose le système d’adapter dynamiquement leur comportement interne, gérant de cette façon de petites perturbations. Le second mode, nommé auto-organisation structurelle, traite de plus grandes perturbations, en permettant aux entités du système de ré-organiser leurs relations, et par conséquent modifier structurellement le système. L’architecture holonique auto-organisée de contrôle de systèmes de production proposée dans cette thèse a été validée sur une cellule de production flexible AIP-PRIMECA. Les résultats ont montré une amélioration des indicateurs clés de performance par rapport aux architectures de contrôle hiérarchiques et hétérarchiques.The manufacturing world is being deeply challenged with a set of ever demanding constraints where from one side, the costumers are requiring products to be more customizable, with higher quality at lower prices, and on other side, companies have to deal on a daily basis with internal disturbances that range from machine breakdown to worker absence and from demand fluctuation to frequent production changes. This dissertation proposes a manufacturing control architecture, following the holonic principles developed in the ADAptive holonic COntrol aRchitecture (ADACOR) and extending it taking inspiration in evolutionary theories and making use of self- organization mechanisms. The use of evolutionary theories enrich the proposed control architecture by allowing evolution in two distinct ways, responding accordingly to the type and degree of the disturbance that appears. The first component, named behavioural self- organization, allows each system’s entity to dynamically adapt its internal behaviour, addressing small disturbances. The second component, named structural self-organization, addresses bigger disturbances by allowing the system entities to re-arrange their rela- tionships, and consequently changing the system in a structural manner. The proposed self-organized holonic manufacturing control architecture was validated at a AIP-PRIMECA flexible manufacturing cell. The achieved experimental results have also shown an improvement of the key performance indicators over the hierarchical and heterarchical control architecture