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90, Avenue LANESSAN - 69544 CHAMPAGNE AU MONT D’OR CEDEX Tél : 04.37.49.61.00 - Fax : 04.37.49.00.10 – Mail : [email protected] Sites : www.segula.fr - www.ouroumoff.com Recrutement : www.worknet.fr LA SOLUTION SIMULATION

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Page 1: Simulation Arena

90, Avenue LANESSAN - 69544 CHAMPAGNE AU MONT D’OR CEDEX Tél : 04.37.49.61.00 - Fax : 04.37.49.00.10 – Mail : [email protected] Sites : www.segula.fr - www.ouroumoff.com Recrutement : www.worknet.fr

LA

SOLUTION

SIMULATION

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LA SOLUTION SIMULATION

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SOMMAIRE

1 POURQUOI UTILISER LA SIMULATION ?.................. ..........................................................4

1.1 Les problèmes fréquemment traités.................. ..........................................................5

1.2 Ce que ne fait pas la simulation ................... ................................................................5

2 ENVIRONNEMENT ARENA ................................ ...................................................................6

2.1 Introduction ....................................... ............................................................................6

2.2 Modélisation ....................................... ...........................................................................7 2.2.1 Le modèle................................................................................................................8 2.2.2 Le paramétrage .......................................................................................................9 2.2.3 L’animation ............................................................................................................10 2.2.4 Analyse de données ..............................................................................................12 2.2.5 Analyse des résultats.............................................................................................12

3 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU LOGICIEL............ ..............................................14

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1 POURQUOI UTILISER LA SIMULATION ? Les exigences de la compétition industrielle poussent les décideurs à mettre en place des systèmes de production de plus en plus complexes et de plus en plus chers. Pourtant, même si le temps consacré aux phases d'étude et de conception est en constante augmentation, les erreurs commises restent nombreuses. C'est trop souvent après investissement et réalisation que l'on admettra avoir acheté trop ou pas assez de machines, que les zones de stockages prévues se révéleront sur ou sous-dimensionnées, ou que le réseau de filoguidés, qui devait être l'orgueil de l'atelier, ressemblera fortement à un boulevard périphérique aux heures de pointe. Les techniques de dimensionnement classiques, bien qu'indispensables dans les premières phases d'un projet, atteignent rapidement leurs limites dès que l'interaction entre les différentes composantes d'un système augmente. De plus, toute remise en cause, même partielle, d'une partie du projet nécessite généralement de nouvelles phases d'étude souvent contraires aux contraintes imposées par le calendrier. Ainsi, des idées qui pourraient s'avérer intéressantes sont mises à l'écart simplement pour satisfaire le court-terme. De plus, ces techniques de dimensionnement ne permettent qu'une vision statique du système étudié, alors que flexibilité et réactivité sont le plus souvent les deux objectifs recherchés. Parmi les techniques d'analyse de systèmes complexes, la simulation connaît un engouement particulier. Un nombre croissant d'industriels la considère comme l'un des outils les plus performants pour la conception, la mise au point et l'aide à l'exploitation. Ce n'est plus, comme par le passé, la technique de la dernière chance, mais un outil indispensable pour les concepteurs, les ingénieurs et les managers pour suivre un projet depuis sa phase initiale jusqu'à sa mise en œuvre. La crédibilité de la technique repose sur des expériences effectuées sur une maquette du système réel plutôt que sur des approximations théoriques qui ont tendance à simplifier grandement certains aspects du problème. Les réactions du système sont étudiées sur une base réelle et non plus selon un savoir faire subjectif.

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1.1 Les problèmes fréquemment traités

• Les implantations physiques (manutention, machines, stocks), le dimensionnement des ressources (hommes, moyens de production, outillages) et les systèmes logistiques peuvent être testés avant investissement.

• Les goulots d'étranglement et autres blocages, souvent pressentis grâce à l'expérience

du concepteur, deviennent identifiables et surtout quantifiables.

• Les réactions du système face à certains phénomènes aléatoires peuvent être envisagées et maîtrisées. L'influence de certains paramètres sur les critères de performance peut être chiffrée.

• De nouvelles structures organisationnelles , ou règles de gestion, peuvent être testées

sans gêner le fonctionnement d'un atelier existant.

• Enfin, et surtout, une plus grande variété de solutions peut être envisagée et testée avant de décider.

1.2 Ce que ne fait pas la simulation Malgré des avantages nombreux, la simulation présente néanmoins des limites. Certaines dues à la technique elle-même, d'autres dues aux produits actuellement disponibles sur le marché :

• La construction des maquettes demande un certain niveau d'expertise. La qualité des résultats fournis lors de l'analyse des solutions est intimement liée à la qualité de la modélisation et au savoir-faire du modélisateur. Très rapidement, on comprend que la modélisation est un métier.

• C'est souvent une surprise, mais la simulation n'est absolument pas une technique

d'optimisation au sens propre. Elle ne peut qu'établir les performances d'une solution conçue et imaginée par l'utilisateur. C'est une technique entièrement itérative qui ne propose pas de solution finale mais qui permet seulement à l'utilisateur d'envisager et de tester l'arborescence des choix possibles. En tout état de cause, c'est lui qui devra décider de ce qui répond le mieux aux problèmes posés.

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2 ENVIRONNEMENT ARENA

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

• une aide à la réalisation, • une interface graphique de qualité, • une aide à l'analyse des résultats, • une interface avec les langages de programmation classiques.

L'originalité d'ARENA réside dans l'intégration de toutes les fonctionnalités au sein d'un seul et même produit. Un effort tout particulier a été réalisé sur la convivialité pour permettre à l'utilisateur d'évoluer dans un univers où la souris remplace le plus souvent le clavier. ARENA est au standard WINDOWS quelle que soit la plate-forme utilisée.

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2.2 Modélisation La construction d'une simulation se fait au travers de 2 structures de données :

• le modèle, description des composantes statiques et dynamiques du système, • l'instance, spécification des conditions expérimentales et paramètres propres à une

expérimentation.

Chaque module utilisé pour décrire le système possède sa propre interface, permettant à l’utilisateur de définir ou de modifier simplement le comportement du modèle.

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2.2.1 Le modèle Le modèle représente le cœur de la simulation. C'est une véritable maquette du système étudié où l'on retrouve les hommes, les machines, les systèmes transitiques, ..., l'ensemble des composantes physiques ou logiques qui inter-agissent lors du fonctionnement. Un modèle ARENA se présente sous la forme d'un ensemble d'objets ou icônes graphiques. Chacune de ces icônes correspond à une fonctionnalité précise (avec des options) du système réel. La représentation graphique ainsi obtenue peut être lue et comprise même par un non spécialiste. Les paramètres qui sont traités par les différentes icônes sont décrits par l'utilisateur dans son propre vocabulaire. Ainsi, "type de palette", "temps de fraisage" ou "nombre de caristes" peuvent être employés pour définir les caractéristiques d'un atelier. L'un des atouts majeurs d'ARENA est la notion générique d'îlot qui permet de décrire simplement des systèmes de plusieurs centaines de machines. Une seule description constitue, en quelques icônes ou objets, la modélisation d'îlots de structures similaires mais de fonctionnement ou de paramètres spécifiques. Ainsi un atelier typique composé de files d'attente devant chaque poste de travail, chacun étant relié au suivant par un système de manutention, sera modélisé par un seul îlot, même si les temps opératoires, les temps de convoyage ou la taille des zones d'attente sont spécifiques à chaque machine. La spécification de la gamme de chaque type de pièce sur l'atelier et du planning de disponibilité de chacune des ressources s'effectue dans l'instance.

Exemple de modélisation d’un système de convoyage ARENA permet une modélisation précise et flexible des systèmes de manutention. La conception des niveaux de détail nécessaires et des dispositifs matériels utilisés est facilitée par les différents concepts fournis :

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• Transfert simple : Une pièce circule d'un point à un autre. Seuls les temps de transfert sont considérés. Ce mode est très utile en première approximation et lorsque la manutention n'est pas l'objet de l'étude.

• Transporteur :

Une ressource particulière (chariot, pont roulant, robot ...) se déplace pour venir chercher les pièces et les transporter vers leur destination. L'utilisateur gère avec simplicité la vitesse, la cartographie du circuit ou les phénomènes de panne et d'indisponibilité.

• Convoyeur :

Le logiciel intègre en standard la gestion des convoyeurs, avec ou sans accumulation, ainsi que les dispositifs à plages débrayables. Des pièces de différentes tailles peuvent circuler et s'accumuler sur des matériels dont le fonctionnement est contrôlable (vitesse, pannes, longueur d'accumulation,...)

• Chariots guidés (AGV) :

Sans aucun doute l'un des domaines de prédilection d’ARENA. Après la définition de la cartographie du réseau, la gestion du cantonnement, des conflits aux carrefours, des variations de vitesse (vide / plein, accélération / décélération, virages), des optimisations d'utilisation, est proposée en standard. On dispose ici d'un outil puissant pour valider des configurations mêmes complexes, chose pratiquement impossible avec les techniques traditionnelles.

2.2.2 Le paramétrage C'est le tableau de bord qui pilote la maquette. On y trouve l'ensemble des paramètres qui régissent le fonctionnement des équipements constitutifs du modèle. L'intérêt est évident. Une fois la maquette construite par le spécialiste ARENA, son exploitation est rendue accessible au plus grand nombre par la seule gestion des paramètres. Certaines bibliothèques d'ARENA s'occupent maintenant de générer l'instance. Ceci s'effectue de façon transparente pour l'utilisateur.

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Avec les nouvelles bibliothèques Arena, les paramètres du modèle peuvent être définis ou modifiés dans une interface de type Tableur

C'est également ARENA qui gère les phases de calcul et de présentation des résultats (animation, courbes, histogrammes, diagrammes à barres ...). Nombreux sont les logiciels de simulation qui fixent une limite à la taille des systèmes modélisables (nombre d'entités ou de machines, taille des circuits ...). Grâce à l'allocation dynamique de la mémoire, ARENA ne connaît de limite que celle de votre calculateur.

2.2.3 L’animation Un outil d'animation doit permettre d'obtenir une image animée en quelques minutes. L'animation doit rester un outil d'appoint dont le temps de développement doit être négligeable, du moins pendant la phase de mise au point. L'interface graphique d'ARENA a été conçue dans cette optique. Tout modèle peut être animé sans modification. L'analyste peut ainsi focaliser son attention sur la modélisation. Pour être conçue rapidement, l'animation est réalisée sans aucune programmation. ARENA est entièrement piloté par souris, quel que soit le système utilisé. L'éditeur graphique est accessible à toute personne ayant un minimum de connaissances du produit et ne présente aucune difficulté. Devant cette rapidité et cette convivialité, on ne conçoit plus la mise au point d'une simulation sans support graphique. Enfin, l'utilisateur a la possibilité, s'il le désire, de faire de l'animation graphique de haute qualité. ARENA permet alors de travailler au pixel et n'a pour limite que l'imagination de l'utilisateur. La phase de dessin est réalisée à partir d'un éditeur type CAD / CAM. L'utilisateur dessine à l'aide de menus commandés par souris, ces menus étant les mêmes que pour les produits du standard du marché (Il faut noter ici une interface avec les logiciels de CAO qui permet de transférer des plans déjà tracés pour d'autres utilisations).

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Les symboles peuvent être stockés dans des bibliothèques construites à l'aide du même éditeur que celui utilisé pour les plans. Ces bibliothèques sont indépendantes d'une étude particulière et sont par conséquent réutilisables, limitant ainsi le temps de développement des animations futures. Chacun peut avoir sa propre bibliothèque de machines, de pièces, de chariots ...

Outre les symboles graphiques, l'utilisateur dispose de différents outils lui permettant de diffuser un maximum d'informations à partir de l'écran. Il peut ainsi visualiser les différents paramètres sous forme de valeurs numériques, niveaux graphiques, couleurs dynamiques, symboles évolutifs, courbes et histogrammes, etc. ARENA gère 64 * 64 écrans virtuels. L'utilisateur peut se déplacer dans cette fenêtre virtuelle et ainsi ne pas être limité par la taille de l'écran. Les fonctions vue globale, zoom, ... lui permettent de se déplacer à l'intérieur sans aucune difficulté. Une fois l'ensemble de l'information positionnée sur l'écran, ARENA pilote simultanément l'animation et la simulation. Le système évolue à l'écran comme le ferait le système réel. Pour une étude de conception, l'animation constitue un véritable saut dans le futur. La visualisation est beaucoup plus qu'une simple image animée. De nombreuses fonctionnalités sont possibles :

• garder le contrôle complet du système, • modifier, éliminer ou ajouter n'importe quel symbole graphique mis en place dans

l'animation, • arrêter momentanément l'animation et progresser plus rapidement dans le temps, • sauvegarder l'image et l'état complet du système à des fins de présentation ou pour

constituer un nouvel état initial, éliminant ainsi les phénomènes transitoires. De plus, l'animation peut être sauvegardée dans un fichier et être visualisée après coup. La simulation est sans aucun doute une technique tr ès puissante. L'animation augmente encore son pouvoir de résolution tout en procurant un grand confort de travail.

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2.2.4 Analyse de données La qualité des résultats d'une simulation est toujours intimement liée à la qualité des données qui sont utilisées. L'un des problèmes courant que rencontre la personne en charge du développement de la maquette de simulation est d'arriver à extrapoler les données en provenance de l'atelier et à générer à partir de celles-ci une loi mathématique représentative. L'Input Processor d'ARENA permet de déterminer automatiquement, à partir d'un fichier historique, la loi mathématique théorique la plus proche du phénomène observé. Ceci permet d'obtenir simplement une modélisation rigoureuse de comportements aléatoires difficiles à intégrer à partir d'un échantillon collecté. Cet outil est souvent utilisé pour déterminer des lois de pannes et inter-pannes, des lois d'arrivée ou de sortie de pièces dans un atelier.

Exemple d’analyse automatique de données

2.2.5 Analyse des résultats En fin de simulation des résultats statistiques globaux peuvent être automatiquement fournis (moyenne, écart-type, min, max ...) sur les paramètres observés. ARENA permet également de récupérer l'historique complet des valeurs intermédiaires qui ont conduit à ces premiers résultats.

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Ces historiques sont réutilisés par l'analyseur de résultats pour les études statistiques nécessaires à la validation. Outre les tracés de courbes et d'histogrammes, ce module intègre différentes fonctions statistiques, telles que :

• calculs d'intervalles de confiance, • corrélogrammes, • comparaison et analyse de moyennes, • analyse de variances, • test d'hypothèses...

L'architecture de l'outil est basée sur l'étude des intervalles de confiance. Cette démarche rigoureuse permet une analyse fine des résultats. Avec un minimum de connaissances en statistique, il est ainsi possible de comprendre le comportement d'un système. L'outil intègre également des fonctions plus complexes qui permettent aux statisticiens de métier de parfaire l'analyse de certains points de détails. Ces résultats peuvent être transférés vers les tableurs et traceurs les plus utilisés, ce qui permet de les intégrer facilement dans des rapports d'études.

Exemple de rapport de résultats généré automatiquement

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3 CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DU LOGICIEL

Matériel - PC pentium II ou supérieur ; écran 17’’ minimum conseillé.

Système d’exploitation - WINDOWS 98 – 2000 – NT 4 – XP

Modélisation graphique du système à l'écran

(avec souris)

- Système de multi-fenêtrage intégré - Modélisation hiérarchique des processus - Outil graphique de type "DRAW" - Gestion de la souris à tous les niveaux

Editeur graphique évolué (déplacement, copie …)

- Menus déroulants - Bibliothèque d'images - "Copier / Coller" - Zoom - Polices Windows disponibles - Gestion des objets - Interface avec les logiciels CAO du marché

Utilisation possible de caractéristiques

liées aux objets

Nombre : Non limité Définition : - Nombre de caractères : Non limité - Types de caractères : Alphanumérique pour la définition - Valeur réelle

Possibilité de décrire des algorithmes

(hors langage externe)

- Le logiciel dispose d'une bibliothèque mathématique équivalente à la bibliothèque Fortran et C. L'utilisateur dispose de plus de tests (conditionnels et probabilistes) qu'il peut hiérarchiser automatiquement ainsi que des structures algorithmiques classiques. - Une série de règles de gestion standard est disponible sur les actions qui s'y prêtent.

Prise en compte de phénomènes aléatoires

ou observés

Disponibilité de : - 9 lois statistiques (Erlang, Exponentielle, Gamma, Lognormale, Normale, Poisson, Triangulaire, Uniforme, Weibull). - Génération automatique de lois discrètes ou continues à partir des histogrammes de fréquence. - Interfaçage automatique avec tout fichier de données, quel que soit le format.

Possibilité données aux utilisateurs :

- de faire des sous-modèles,

- de les mettre dans une bibliothèque de sous-modèles pour réutilisations futures dans

d'autres modèles.

Trois notions : - Les macro-modèles : ils décrivent le fonctionnement d'un sous-système présent à plusieurs reprises mais sont intégrés directement dans la description du système simulé. - Les sous-modèles : ils sont réutilisables d'une simulation à l'autre et sont indépendants d'une simulation en particulier. Ils sont stockés sur le disque dur en format compilé. - Les objets : ils correspondent à la version la plus élaborée de la ré-utilisation de structures complexes. L'utilisateur a la possibilité de se recréer une architecture dédiée d'objets (fonction, interface utilisateur, animation), intégrant l'ensemble des fonctionnalités nécessaires à son type d'application. De nombreuses bibliothèques standards sont disponibles (automobile, transport en commun, manufacturing, ligne haute vitesse, temps réel, transports maritimes, business process re-enginering, santé)

Ouverture du logiciel sur les entrées

(Lecture d'un fichier)

Format type de ce fichier d'entrée : - Fichiers ASCII - Fichiers XLS (EXCEL), MDB (ACCESS) via VBA - Fichiers non formatés - Clavier, Port de communication

Ouverture du logiciel sur les sorties

(Ecriture d'un fichier)

Format d’enregistrement 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 formatés - Redirection sur l'écran - Redirection sur les ports de communication

Ouverture du logiciel sur un langage

extérieur standard

Langages : - VBA (Visual Basic Application) - Fortran - C - Assembleur - Pascal (suivant Constructeur)

Adéquation du logiciel à l'opérabilité actuelle et possibilité

d'évolutions futures

Date d'apparition : 1984 Dates des différentes versions : - "Releases majeures" tous les 12 mois - Mise à niveau tous les 6 mois

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Possibilité d'obtenir des résultats historiques, statistiques et la suite des états du modèle

Le logiciel donne directement sur les indicateurs choisis par l'utilisateur : - la moyenne, - l'écart type, - la valeur MIN et MAX, - le nombre d'observations. Les fonctions suivantes sont intégrées au logiciel et ne demandent aucun travail supplémentaire en fin de simulation : - courbe, - diagramme en barres, - histogramme, - table des données, - sortie en format DIF, - sortie en format ASCII, - sortie en non formaté. Ces fonctions sont disponibles sur l'ensemble : - des variables utilisateurs, - des variables systèmes, - des fonctions intégrées (cadence, temps de cycle …). L'interfaçage imprimante (Laser ou non) est disponible pour toutes les fonctions.

Logiciel pouvant donner le degré de confiance à accorder aux

résultats (intervalle de confiance…)

Disponible et automatique sur l'ensemble des paramètres étudiés : - intervalle de confiance (moyenne, variance), - test d'hypothèse (moyenne, variance), - étude de corrélation, - analyse de variance (2 méthodes), - truncation, - batching, - gestion mono ou multi-Run, - concaténation de fichiers, - étude en batch (pré-définition du mode d'étude et gestion automatique différée).

Possibilité d'analyser des fichiers historiques réels

Le logiciel permet l'entrée de fichier historique afin de déterminer la loi mathématique représentative de l'évolution d'une variable aléatoire (test de FIT). Cette fonction permet l'intégration de données réelles sous forme de modélisation mathématique sans intervention utilisateur.

Ouverture du logiciel sur les entrées

(lecture d'un fichier)

Format type de ce fichier d'entrée : - Fichiers ASCII - Fichiers non formatés - Fichiers Lotus (format par défaut) - Port de communication - Clavier

Ouverture du logiciel sur les entrées

(lecture d'un fichier)

Recherche automatique, lors du démarrage de la simulation des dernières versions des fichiers de données ; compilation, si besoin est, pour vérification syntaxique et sémantique. Animation multi-pages . Possibilité d'aller du tableau de bord (schémas, courbes, niveaux, indicateurs) au "dessin animé" le plus complet. Aide en ligne sur toutes les étapes de l'étude. Contrôle du déroulement : - trace globale, - trace de certaines actions, - trace liée à une pièce, - blocage sur condition, - blocage sur évolution variable, - blocage sur action, - consultation et modification "on line" de tout paramètre et variable d'état, - sauvegarde et rappel d'un état particulier, - lancement forcé d'un évènement. Récupération possible sur fichier texte de tous les mouvements de la simulation.

Logiciel généraliste

- Ressources : - Convoyeurs : . capacités multiples, . convoyeurs à non accumulation, . allocation multi-ressources, . convoyeurs à accumulation, . sélection multi-ressources, . convoyeurs à accumulation . pannes, . convoyeurs à plages débrayables, . calendriers... Fonctions de synchronisation - Transporteurs : Fonctions de recherches . transporteurs libres, … . transporteurs guidés. - Tout système dynamique, discret où des phénomènes aléatoires peuvent intervenir - Intégration prévue d'équations différentielles (solvables par la méthode de Runge Kuta) permettant la description de modèles combinant le discret et le continu.

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SEGULA CONSEIL INDUSTRIEL

90, Avenue LANESSAN - 69544 CHAMPAGNE AU MONT D’OR CEDEX Tél : 04.37.49.61.00 - Fax : 04.37.49.00.10 – Mail : [email protected] Sites : www.segula.fr - www.ouroumoff.com Recrutement : www.worknet.fr

CONSEIL AMELIORATION DE LA PERFORMANCE INDUSTRIELLE & LOGIS TIQUE

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• Organisation industrielle : études et simulation de systèmes et d’implantations, mesure de performances, conception et réalisation d’outils informatiques d’aide à la décision et de supervision de production.

• Supply Chain Management et logistique : stratégie de distribution, schéma directeur, conception de plate-forme et entrepôts, assistance à maîtrise d’ouvrage, ordonnancement et planification.

• Amélioration de la performance : amélioration continue et accompagnement au changement, méthodologies déployées (Lean Manufacturing, Kaizen/PDCA, Hoshin, 5S…)

Portée et enjeux de nos interventions : améliorer la qualité de service, réduire les coûts de production , de distribution , les cycles et les délais, améliorer la réactivité , optimiser les stocks et les investissements .

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QUELQUES REFERENCES

AREVA, PSA PEUGEOT CITROËN, ALCAN, RENAULT TRUCKS, EADS, VOLVO, CEA, TOTAL, SAINT-GOBAIN, LA POSTE, DASSAULT, 3 SUISSES, DEXIA, COINTREAU, MICROTURBO, BIOMERIEUX, AUBERT DUVAL, SO.RO.ME, DURUAL, WILLIAM SAURIN, BERIAU, CLERC & CARDONE, PERRIER, VALLOUREC, DCN, GDF, SANDWIK COROMANT, GROSFILLEX, STOCKO, ANTHOGYR, RECTICEL, ENERGIZER, BOURBON, ARMEE, 3M, ORGASYNTH, CANON, PARISOT, FAURECIA, ROSSIGNOL, LUXGUARD, FRAMATOME, DYNAPLAST, LYONNAISE DES EAUX, LACTALIS, LEROY SOMER, NOIROT, UCAR, VCA, SCA PACKAGING NICOLLET, MEADWESTACKO PACKAGING, FIELD BOXMORE, SKF, MONTABERT, MOREL COTTET, PEUGEOT MOTOCYCLES, SOITEC…

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