LA SOLUTION SIMULATION

LA

SOLUTION

SIMULATION

SOMMAIRE

31POURQUOI UTILISER LA SIMULATION?

41.1Les problmes frquemment traits

41.2Ce que ne fait pas la simulation

52ENVIRONNEMENT ARENA

52.1Introduction

62.2Modlisation

72.2.1Le modle

82.2.2L'instance

92.2.3Lanimation

112.2.4Analyse de donnes

112.2.5Analyse des rsultats

133CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU LOGICIEL

1 POURQUOI UTILISER LA SIMULATION?

Les exigences de la comptition industrielle poussent les dcideurs mettre en place des systmes de production de plus en plus complexes et de plus en plus chers. Pourtant, mme si le temps consacr aux phases d'tude et de conception est en constante augmentation, les erreurs commises restent nombreuses.

C'est trop souvent aprs investissement et ralisation que l'on admettra avoir achet trop ou pas assez de machines, que les zones de stockages prvues se rvleront sur ou sous-dimensionnes, ou que le rseau de filoguids, qui devait tre l'orgueil de l'atelier, ressemblera fortement un boulevard priphrique aux heures de pointe.

Les techniques de dimensionnement classiques, bien qu'indispensables dans les premires phases d'un projet, atteignent rapidement leurs limites ds que l'interaction entre les diffrentes composantes d'un systme augmente. De plus, toute remise en cause, mme partielle, d'une partie du projet ncessite gnralement de nouvelles phases d'tude souvent contraires aux contraintes imposes par le calendrier. Ainsi, des ides qui pourraient s'avrer intressantes sont mises l'cart simplement pour satisfaire le court-terme. De plus, ces techniques de dimensionnement ne permettent qu'une vision statique du systme tudi, alors que flexibilit et ractivit sont le plus souvent les deux objectifs recherchs.

Parmi les techniques d'analyse de systmes complexes, la simulation connat un engouement particulier. Un nombre croissant d'industriels la considre comme l'un des outils les plus performants pour la conception, la mise au point et l'aide l'exploitation. Ce n'est plus, comme par le pass, la technique de la dernire chance, mais un outil indispensable pour les concepteurs, les ingnieurs et les managers pour suivre un projet depuis sa phase initiale jusqu' sa mise en uvre.

La crdibilit de la technique repose sur des expriences effectues sur une maquette du systme rel plutt que sur des approximations thoriques qui ont tendance simplifier grandement certains aspects du problme. Les ractions du systme sont tudies sur une base relle et non plus selon un savoir faire subjectif.

1.1 Les problmes frquemment traits

Les implantations physiques (manutention, machines, stocks), le dimensionnement des ressources (hommes, moyens de production, outillages) et les systmes logistiques peuvent tre tests avant investissement.

Les goulots d'tranglement et autres blocages, souvent pressentis grce l'exprience du concepteur, deviennent identifiables et surtout quantifiables.

Les ractions du systme face certains phnomnes alatoires peuvent tre envisages et matrises. L'influence de certains paramtres sur les critres de performance peut tre chiffre.

De nouvelles structures organisationnelles, ou rgles de gestion, peuvent tre testes sans gner le fonctionnement d'un atelier existant.

Enfin, et surtout, une plus grande varit de solutions peut tre envisage et teste avant de dcider.

1.2 Ce que ne fait pas la simulation

Malgr des avantages nombreux, la simulation prsente nanmoins des limites. Certaines dues la technique elle-mme, d'autres dues aux produits actuellement disponibles sur le march :

La construction des maquettes demande un certain niveau d'expertise. La qualit des rsultats fournis lors de l'analyse des solutions est intimement lie la qualit de la modlisation et au savoir-faire du modlisateur. Trs rapidement, on comprend que la modlisation est un mtier.

C'est souvent une surprise, mais la simulation n'est absolument pas une technique d'optimisation au sens propre. Elle ne peut qu'tablir les performances d'une solution conue et imagine par l'utilisateur. C'est une technique entirement itrative qui ne propose pas de solution finale mais qui permet seulement l'utilisateur d'envisager et de tester l'arborescence des choix possibles. En tout tat de cause, c'est lui qui devra dcider de ce qui rpond le mieux aux problmes poss.

2 ENVIRONNEMENT ARENA

2.1 Introduction

La simulation, si elle constitue une technique puissante, ne peut tre efficace que si elle s'appuie sur des outils performants. Il est communment admis qu'un outil de simulation doit comporter les volets suivants :

une aide la ralisation,

une interface graphique de qualit,

une aide l'analyse des rsultats,

une interface avec les langages de programmation classiques.

L'originalit d'ARENA rside dans l'intgration de toutes les fonctionnalits au sein d'un seul et mme produit.

Un effort tout particulier a t ralis sur la convivialit pour permettre l'utilisateur d'voluer dans un univers o la souris remplace le plus souvent le clavier. ARENA est au standard WINDOWS quelle que soit la plate-forme utilise.

2.2 Modlisation

La construction d'une simulation se fait au travers de 2 structures de donnes :

le modle, description des composantes statiques et dynamiques du systme,

l'instance, spcification des conditions exprimentales et paramtres propres une exprimentation.

Chaque module utilis pour dcrire le systme possde sa propre interface, permettant lutilisateur de dfinir ou de modifier simplement le comportement du modle.

2.2.1 Le modle

Le modle reprsente le cur de la simulation. C'est une vritable maquette du systme tudi o l'on retrouve les hommes, les machines, les systmes transitiques, ..., l'ensemble des composantes physiques ou logiques qui inter-agissent lors du fonctionnement.

Un modle ARENA se prsente sous la forme d'un ensemble d'objets ou icnes graphiques. Chacune de ces icnes correspond une fonctionnalit prcise (avec des options) du systme rel. La reprsentation graphique ainsi obtenue peut tre lue et comprise mme par un non spcialiste.

Les paramtres qui sont traits par les diffrentes icnes sont dcrits par l'utilisateur dans son propre vocabulaire. Ainsi, "type de palette", "temps de fraisage" ou "nombre de caristes" peuvent tre employs pour dfinir les caractristiques d'un atelier.

L'un des atouts majeurs d'ARENA est la notion gnrique d'lot qui permet de dcrire simplement des systmes de plusieurs centaines de machines. Une seule description constitue, en quelques icnes ou objets, la modlisation d'lots de structures similaires mais de fonctionnement ou de paramtres spcifiques.

Ainsi un atelier typique compos de files d'attente devant chaque poste de travail, chacun tant reli au suivant par un systme de manutention, sera modlis par un seul lot, mme si les temps opratoires, les temps de convoyage ou la taille des zones d'attente sont spcifiques chaque machine. La spcification de la gamme de chaque type de pice sur l'atelier et du planning de disponibilit de chacune des ressources s'effectue dans l'instance.

Exemple de modlisation dun systme de convoyage

ARENA permet une modlisation prcise et flexible des systmes de manutention. La conception des niveaux de dtail ncessaires et des dispositifs matriels utiliss est facilite par les diffrents concepts fournis :

Transfert simple :

Une pice circule d'un point un autre. Seuls les temps de transfert sont considrs. Ce mode est trs utile en premire approximation et lorsque la manutention n'est pas l'objet de l'tude.

Transporteur :

Une ressource particulire (chariot, pont roulant, robot ...) se dplace pour venir chercher les pices et les transporter vers leur destination. L'utilisateur gre avec simplicit la vitesse, la cartographie du circuit ou les phnomnes de panne et d'indisponibilit.

Convoyeur :

Le logiciel intgre en standard la gestion des convoyeurs, avec ou sans accumulation, ainsi que les dispositifs plages dbrayables. Des pices de diffrentes tailles peuvent circuler et s'accumuler sur des matriels dont le fonctionnement est contrlable (vitesse, pannes, longueur d'accumulation,...)

Chariots guids (AGV) :

Sans aucun doute l'un des domaines de prdilection dARENA. Aprs la dfinition de la cartographie du rseau, la gestion du cantonnement, des conflits aux carrefours, des variations de vitesse (vide / plein, acclration / dclration, virages), des optimisations d'utilisation, est propose en standard. On dispose ici d'un outil puissant pour valider des configurations mmes complexes, chose pratiquement impossible avec les techniques traditionnelles.

2.2.2 Le paramtrageC'est le tableau de bord qui pilote la maquette. On y trouve l'ensemble des paramtres qui rgissent le fonctionnement des quipements constitutifs du modle.

L'intrt est vident. Une fois la maquette construite par le spcialiste ARENA, son exploitation est rendue accessible au plus grand nombre par la seule gestion des paramtres.

Certaines bibliothques d'ARENA s'occupent maintenant de gnrer l'instance. Ceci s'effectue de faon transparente pour l'utilisateur.

Avec les nouvelles bibliothques Arena, les paramtres du modle

peuvent tre dfinis ou modifis dans une interface de type Tableur

C'est galement ARENA qui gre les phases de calcul et de prsentation des rsultats (animation, courbes, histogrammes, diagrammes barres ...).

Nombreux sont les logiciels de simulation qui fixent une limite la taille des systmes modlisables (nombre d'entits ou de machines, taille des circuits ...). Grce l'allocation dynamique de la mmoire, ARENA ne connat de limite que celle de votre calculateur.

2.2.3 Lanimation

Un outil d'animation doit permettre d'obtenir une image anime en quelques minutes. L'animation doit rester un outil d'appoint dont le temps de dveloppement doit tre ngligeable, du moins pendant la phase de mise au point. L'interface graphique d'ARENA a t conue dans cette optique.

Tout modle peut tre anim sans modification. L'analyste peut ainsi focaliser son attention sur la modlisation.

Pour tre conue rapidement, l'animation est ralise sans aucune programmation. ARENA est entirement pilot par souris, quel que soit le systme utilis. L'diteur graphique est accessible toute personne ayant un minimum de connaissances du produit et ne prsente aucune difficult. Devant cette rapidit et cette convivialit, on ne conoit plus la mise au point d'une simulation sans support graphique.

Enfin, l'utilisateur a la possibilit, s'il le dsire, de faire de l'animation graphique de haute qualit. ARENA permet alors de travailler au pixel et n'a pour limite que l'imagination de l'utilisateur.

La phase de dessin est ralise partir d'un diteur type CAD / CAM. L'utilisateur dessine l'aide de menus commands par souris, ces menus tant les mmes que pour les produits du standard du march (Il faut noter ici une interface avec les logiciels de CAO qui permet de transfrer des plans dj tracs pour d'autres utilisations).

Les symboles peuvent tre stocks dans des bibliothques construites l'aide du mme diteur que celui utilis pour les plans. Ces bibliothques sont indpendantes d'une tude particulire et sont par consquent rutilisables, limitant ainsi le temps de dveloppement des animations futures. Chacun peut avoir sa propre bibliothque de machines, de pices, de chariots ...

Outre les symboles graphiques, l'utilisateur dispose de diffrents outils lui permettant de diffuser un maximum d'informations partir de l'cran. Il peut ainsi visualiser les diffrents paramtres sous forme de valeurs numriques, niveaux graphiques, couleurs dynamiques, symboles volutifs, courbes et histogrammes, etc.

ARENA gre 64 * 64 crans virtuels. L'utilisateur peut se dplacer dans cette fentre virtuelle et ainsi ne pas tre limit par la taille de l'cran. Les fonctions vue globale, zoom, ... lui permettent de se dplacer l'intrieur sans aucune difficult.

Une fois l'ensemble de l'information positionne sur l'cran, ARENA pilote simultanment l'animation et la simulation. Le systme volue l'cran comme le ferait le systme rel. Pour une tude de conception, l'animation constitue un vritable saut dans le futur.

La visualisation est beaucoup plus qu'une simple image anime. De nombreuses fonctionnalits sont possibles :

garder le contrle complet du systme,

modifier, liminer ou ajouter n'importe quel symbole graphique mis en place dans l'animation,

arrter momentanment l'animation et progresser plus rapidement dans le temps,

sauvegarder l'image et l'tat complet du systme des fins de prsentation ou pour constituer un nouvel tat initial, liminant ainsi les phnomnes transitoires.

De plus, l'animation peut tre sauvegarde dans un fichier et tre visualise aprs coup.

La simulation est sans aucun doute une technique trs puissante. L'animation augmente encore son pouvoir de rsolution tout en procurant un grand confort de travail.

2.2.4 Analyse de donnes

La qualit des rsultats d'une simulation est toujours intimement lie la qualit des donnes qui sont utilises.

L'un des problmes courant que rencontre la personne en charge du dveloppement de la maquette de simulation est d'arriver extrapoler les donnes en provenance de l'atelier et gnrer partir de celles-ci une loi mathmatique reprsentative.

L'Input Processor d'ARENA permet de dterminer automatiquement, partir d'un fichier historique, la loi mathmatique thorique la plus proche du phnomne observ. Ceci permet d'obtenir simplement une modlisation rigoureuse de comportements alatoires difficiles intgrer partir d'un chantillon collect.

Cet outil est souvent utilis pour dterminer des lois de pannes et inter-pannes, des lois d'arrive ou de sortie de pices dans un atelier.

Exemple danalyse automatique de donnes

2.2.5 Analyse des rsultats

En fin de simulation des rsultats statistiques globaux peuvent tre automatiquement fournis (moyenne, cart-type, min, max ...) sur les paramtres observs. ARENA permet galement de rcuprer l'historique complet des valeurs intermdiaires qui ont conduit ces premiers rsultats.

Ces historiques sont rutiliss par l'analyseur de rsultats pour les tudes statistiques ncessaires la validation. Outre les tracs de courbes et d'histogrammes, ce module intgre diffrentes fonctions statistiques, telles que :

calculs d'intervalles de confiance,

corrlogrammes,

comparaison et analyse de moyennes,

analyse de variances,

test d'hypothses...

L'architecture de l'outil est base sur l'tude des intervalles de confiance. Cette dmarche rigoureuse permet une analyse fine des rsultats. Avec un minimum de connaissances en statistique, il est ainsi possible de comprendre le comportement d'un systme. L'outil intgre galement des fonctions plus complexes qui permettent aux statisticiens de mtier de parfaire l'analyse de certains points de dtails.

Ces rsultats peuvent tre transfrs vers les tableurs et traceurs les plus utiliss, ce qui permet de les intgrer facilement dans des rapports d'tudes.

Exemple de rapport de rsultats gnr automatiquement

3 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU LOGICIEL

Matriel-PC pentium II ou suprieur; cran 17 minimum conseill.

Systme dexploitation-WINDOWS 98 2000 NT 4 XP

Modlisation graphique

du systme l'cran

(avec souris)-Systme de multi-fentrage intgr

-Modlisation hirarchique des processus

-Outil graphique de type "DRAW"

-Gestion de la souris tous les niveaux

Editeur graphique volu

(dplacement, copie )-Menus droulants

-Bibliothque d'images

-"Copier / Coller"

-Zoom

-Polices Windows disponibles

-Gestion des objets

-Interface avec les logiciels CAO du march

Utilisation possible

de caractristiques

lies aux objetsNombre : Non limit

Dfinition :

-Nombre de caractres :

Non limit

-Types de caractres :

Alphanumrique pour la dfinition

-Valeur relle

Possibilit de dcrire

des algorithmes

(hors langage externe)-Le logiciel dispose d'une bibliothque mathmatique quivalente la bibliothque Fortran et C. L'utilisateur dispose de plus de tests (conditionnels et probabilistes) qu'il peut hirarchiser automatiquement ainsi que des structures algorithmiques classiques.

-Une srie de rgles de gestion standard est disponible sur les actions qui s'y prtent.

Prise en compte de

phnomnes alatoires

ou observsDisponibilit de :

-9 lois statistiques (Erlang, Exponentielle, Gamma, Lognormale, Normale, Poisson, Triangulaire, Uniforme, Weibull).

-Gnration automatique de lois discrtes ou continues partir des histogrammes de frquence.

-Interfaage automatique avec tout fichier de donnes, quel que soit le format.

Possibilit donnes

aux utilisateurs :

-de faire des sous-modles,

-de les mettre dans une bibliothque de sous-modles pour rutilisations futures dans d'autres modles.Trois notions :

-Les macro-modles : ils dcrivent le fonctionnement d'un sous-systme prsent plusieurs reprises mais sont intgrs directement dans la description du systme simul.

-Les sous-modles : ils sont rutilisables d'une simulation l'autre et sont indpendants d'une simulation en particulier. Ils sont stocks sur le disque dur en format compil.

-Les objets : ils correspondent la version la plus labore de la r-utilisation de structures complexes. L'utilisateur a la possibilit de se recrer une architecture ddie d'objets (fonction, interface utilisateur, animation), intgrant l'ensemble des fonctionnalits ncessaires son type d'application. De nombreuses bibliothques standards sont disponibles (automobile, transport en commun, manufacturing, ligne haute vitesse, temps rel, transports maritimes, business process re-enginering, sant)

Ouverture du logiciel

sur les entres

(Lecture d'un fichier)Format type de ce fichier d'entre :

-Fichiers ASCII

-Fichiers XLS (EXCEL), MDB (ACCESS) via VBA

-Fichiers non formats

-Clavier, Port de communication

Ouverture du logiciel

sur les sorties

(Ecriture d'un fichier)Format denregistrement des rapports :

-Fichiers XLS (EXCEL), DOC (WORD), RPT (CRYSTAL REPORT), HTML-Fichiers Texte, CSV, TSV, RTF, DIF, WKS (LOTUS)

-Formats ODBC (dBase, FoxPro, MS Access)

-Fichiers non formats

-Redirection sur l'cran

-Redirection sur les ports de communication

Ouverture du logiciel

sur un langage

extrieur standardLangages :

-VBA (Visual Basic Application)

-Fortran

-C-Assembleur

-Pascal (suivant Constructeur)

Adquation du logiciel l'oprabilit actuelle et possibilit d'volutions futuresDate d'apparition : 1984

Dates des diffrentes versions :

-"Releases majeures" tous les 12 mois

-Mise niveau tous les 6 mois

Possibilit d'obtenir des

rsultats historiques,

statistiques et la suite

des tats du modle

Le logiciel donne directement sur les indicateurs choisis par l'utilisateur :

-la moyenne,

-l'cart type,

-la valeur MIN et MAX,

-le nombre d'observations.

Les fonctions suivantes sont intgres au logiciel et ne demandent aucun travail supplmentaire en fin de simulation :

-courbe,

-diagramme en barres,

-histogramme,

-table des donnes,

-sortie en format DIF,

-sortie en format ASCII,

-sortie en non format.

Ces fonctions sont disponibles sur l'ensemble :

-des variables utilisateurs,

-des variables systmes,

-des fonctions intgres (cadence, temps de cycle ).

L'interfaage imprimante (Laser ou non) est disponible pour toutes les fonctions.

Logiciel pouvant donner le degr de confiance accorder aux rsultats (intervalle de confiance)Disponible et automatique sur l'ensemble des paramtres tudis :

-intervalle de confiance (moyenne, variance),

-test d'hypothse (moyenne, variance),

-tude de corrlation,

-analyse de variance (2 mthodes),

-truncation,

-batching,

-gestion mono ou multi-Run,

-concatnation de fichiers,

-tude en batch (pr-dfinition du mode d'tude et gestion automatique diffre).

Possibilit d'analyser des fichiers historiques relsLe logiciel permet l'entre de fichier historique afin de dterminer la loi mathmatique reprsentative de l'volution d'une variable alatoire (test de FIT).

Cette fonction permet l'intgration de donnes relles sous forme de modlisation mathmatique sans intervention utilisateur.

Ouverture du logicielsur les entres(lecture d'un fichier)Format type de ce fichier d'entre :

-Fichiers ASCII

-Fichiers non formats

-Fichiers Lotus (format par dfaut)

-Port de communication

-Clavier

Ouverture du logicielsur les entres(lecture d'un fichier)

Recherche automatique, lors du dmarrage de la simulation des dernires versions des fichiers de donnes ; compilation, si besoin est, pour vrification syntaxique et smantique.

Animation multi-pages. Possibilit d'aller du tableau de bord (schmas, courbes, niveaux, indicateurs) au "dessin anim" le plus complet.

Aide en ligne sur toutes les tapes de l'tude.

Contrle du droulement :

-trace globale,

-trace de certaines actions,

-trace lie une pice,

-blocage sur condition,

-blocage sur volution variable,

-blocage sur action,

-consultation et modification "on line" de tout paramtre et variable d'tat,

-sauvegarde et rappel d'un tat particulier,

-lancement forc d'un vnement.

Rcupration possible sur fichier texte de tous les mouvements de la simulation.

Logiciel gnraliste

-Ressources:

-Convoyeurs:

.capacits multiples,

.convoyeurs non accumulation,

.allocation multi-ressources,

.convoyeurs accumulation,

.slection multi-ressources,

.convoyeurs accumulation

.pannes,

.convoyeurs plages dbrayables,

.calendriers...

Fonctions de synchronisation

-Transporteurs :

Fonctions de recherches

.transporteurs libres,

.transporteurs guids.

-Tout systme dynamique, discret o des phnomnes alatoires peuvent intervenir

-Intgration prvue d'quations diffrentielles (solvables par la mthode de Runge Kuta) permettant la description de modles combinant le discret et le continu.

SEGULA CONSEIL INDUSTRIEL

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