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Dassault Aviation, un succès CHIP ! Le constructeur aéronautique français a de nombreux succès à raconter. Dans cette édition, le département IA relate ses propres succès liés à l'utilisation de CHIP. Et il ne s'agit pas d'un mirage !
Assemblage d'un avion Mirage Assemblage d'un avion Mirage

L'application CHIP chez Dassault Aviation

Cette étude a pour but de montrer comment la programmation logique avec contraintes peut être utilisée de façon efficace pour mettre en œuvre des systèmes d'aide à la décision avancés pour la planification et l'ordonnancement. Trois systèmes de ce type sont présentés par le constructeur aéronautique français Dassault Aviation. Deux de ces systèmes sont installés et testés sur site. Le troisième est un prototype de faisabilité.

L'application CHIP chez Dassault Aviation


Rythme de production et chaînes d'assemblage:
Aspects critiques

Les différentes parties de l'avion sont produites sur des chaînes d'assemblage. Chaque chaîne est composée d'une séquence d'étapes de production. Une étape de production consiste en un poste de montage (station de travail) ou plusieurs postes en parallèle, sur lesquels sont effectués des groupes d’opérations. Les chaînes d'assemblage doivent respecter le rythme de production c'est-à-dire le nombre d'avions à produire par mois. Les sections de l'avion doivent être déplacées d'une étape à la suivante à une allure déterminée par le rythme de production. Ce point a des implications vitales sur l'organisation de la chaîne d'assemblage et sur le processus de planification de la production. Les chaînes d'assemblage sont conçues et construites pour un rythme de production nominal et doivent être adaptées en cas de changements de cadence importants. Ces modifications étaient jusqu'à présent réalisées manuellement. Pour les planificateurs de la production, cette méthode limitait les transitions possibles entre différents rythmes de production et impliquait un coût pour chaque modification. Le processus de planification lui-même étant manuel, la finalisation d'un plan de production complet à long terme prenait plusieurs jours.


Nécessité d'outils spécifiques:
Programmation logique avec contraintes ou CLP (Constraint Logic Programming)

Dassault Aviation a conclu qu'il n'existait pas d'outil générique capable de gérer les contraintes spécifiques intervenant sur ses chaînes d'assemblage. Cette conclusion a motivé le développement en interne de systèmes d'aide à la décision pour la planification de la production (PLANE), puis pour la conception et l'organisation des chaînes d'assemblage (COCA).

La programmation logique avec contraintes ou CLP a été choisie parce que cette technologie vise à résoudre des problèmes complexes et qui sont susceptibles d'évoluer. Elle peut résoudre ce type de problème du fait de sa combinaison unique de programmation déclarative et de puissantes capacités de gestion des contraintes. Cette technologie a également été utilisée pour développer un programmateur (MADE) dans une étude de faisabilité sur la production des pièces principales, autre phase critique de la fabrication.

Le langage CLP choisi est CHIP V4 de COSYTEC qui est doté de puissantes capacités de contraintes adaptées aux problèmes d'allocation de ressources complexes. Sa couche objet et ses outils graphiques intégrés en font un outil idéal pour gérer des situations évolutives et construire des systèmes extrêmement interactifs.


Planification et ordonnancement de la production chez Dassault Aviation

PLANE : PLANification Evolutive

PLANE est un outil d'aide à la décision pour la planification de la production des avions, qui ordonnance la production pour les quelques mois ou années à venir. Les chiffres typiques gérés par PLANE sont par exemple: des centaines d'avions, environ 20 sections de fabrication, jusqu'à 30 chaînes d'assemblage.

PLANE utilise des paramètres de production permanents pour les différents types d'avions (durées de cycle, chaînes d'assemblage des sections, contraintes de priorité entre les sections), pour les chaînes d'assemblage (contraintes de rythme de production), et pour la planification des données (commande d'avions, travaux en cours, rythme en cours de la chaîne d'assemblage). L'objectif est de trouver des ordonnancements respectant les dates de livraison des avions et équilibrant stockage du fuselage et nombre et importance des changements du rythme de production.

Les utilisateurs sont des experts de la planification. L'interactivité était une des spécifications dans la mesure où un système totalement automatisé ne permet pas de prendre en compte tous les aspects. Le mécanisme de résolution de base consiste à modifier (ou à ne pas modifier) le rythme de production pour certaines parties de l'avion, en fonction d'un précalcul intensif basé sur le profil de date de livraison.

PLANE est utilisé dans l'usine d'Argenteuil depuis 1994. Sa robustesse et son interactivité ont été optimisées. Développé sur environ trois années-homme, le système était totalement opérationnel en 1995 et son déploiement envisagé au niveau de toute l'entreprise.

COCA : Conception et Organisation de Chaînes d'Assemblage

COCA est un outil d'aide à la décision pour la conception et l'organisation d'une chaîne d'assemblage. Le projet a été lancé en 1993, en fonction des données de l'usine d'Argenteuil et de l'importance croissante accordée à la conception. Le but était de définir les étapes de production successives et d'y affecter des opérations, de telle façon qu'un compromis satisfaisant soit atteint entre la durée générale du cycle et les besoins en ressources ainsi que les compétences. Les contraintes du problème étaient liées à la priorité entre les opérations, à l'accessibilité des zones de fuselage, à la faisabilité du rythme de production, au nombre maximum d'opérations simultanées et aux limitations en ressources (par exemple postes de montage, personnel).

Les contraintes de capacité et de disponibilité de surface sont gérées par la fonction de contrainte cumulative de CHIP V4. Plusieurs heuristiques dynamiques sont utilisées, en fonction de la date de démarrage des tâches et de la matrice de priorité. Elles produisent des solutions satisfaisantes en quelques minutes.

Manuellement, seules des opérations grossières peuvent être gérées et l'adaptation aux changements de rythme était faite de façon empirique au niveau de l'atelier. COCA V.1, utilisé par les concepteurs de chaînes d'assemblage depuis la mi-1994, gère des tâches plus fines. Il fonctionne selon une méthode itérative et autorise le feed-back pour la définition des opérations. Développé en 18 années-homme environ, COCA était totalement opérationnel en 1995.

MADE : Module d'Aide à la Décision pour l'Engagement

MADE est un outil d'aide à la décision pour les commandes, orienté sur la livraison et conçu pour un atelier de bordage d’Argenteuil, produisant chaque semaine des milliers d'articles de plusieurs centaines de types, par petits lots. Le processus de fabrication consiste en fraisage, nettoyage, recuit, bordage, trempe et finition. Mais la séquence particulière des opérations varie grandement avec les types de pièces. Les postes de fraisage et de bordage impliquent des contraintes de groupement de pièces complexes.

Un premier prototype de programmateur a été finalisé en 1992 mais considéré comme trop détaillé et trop rigoureux pour des opérateurs humains. Le démonstrateur de faisabilité actuel est basé sur un modèle d'atelier plus simple et une règle de flux FIFO. Il calcule les regroupements de pièces pour la machine à fraiser afin d'assurer les charges de travail adéquates pour les postes de travail. Le principal utilisateur est le chef d'atelier. Le système a trois fonctions principales: analyse statique de la situation en cours, analyse à moyen terme basée sur la simulation des flux de travail et calcul de la finalisation de la commande (la fonction principale de la résolution des contraintes) qui inclut un module de traçage de pièces.

Le problème est modélisé en tant que problème de conditionnement de case, une case par poste de travail: à chaque jour est associé une case dont la hauteur correspond à la capacité quotidienne du poste de travail. L'objectif est de conditionner les tâches de façon aussi dense que possible dans les cases, tout en respectant les dates de livraison. Ce système est mis en œuvre avec la fonction de contrainte cumulative de CHIP V4. Les stratégies issues des méthodes de conditionnement de cases classiques sont utilisées et des solutions compactes sont obtenues. Lorsque le problème présente trop de contraintes, des contraintes spécifiques à assouplir sont proposées à l'utilisateur. Si ce n’est pas envisageable, le système passe à la simulation. Dans ce cas, le principal avantage réside dans la capacité à estimer le délai global et à le rapporter aux niveaux de décision plus élevés. Chaque démonstrateur a demandé environ une année-homme en termes de spécification et de développement.

Des développements complémentaires sont actuellement en discussion.

Conclusion

DASSAULT estime que CHIP est parfaitement adapté à la gestion de problèmes de planification et d'ordonnancement complexes, pour lesquels un prototypage est nécessaire afin de construire les bons systèmes, où l'interaction utilisateur est une pratique standard et où les contextes évoluent avec le temps.

Les efforts de développement sont considérés comme relativement faibles, typiquement de l'ordre de deux à trois années-homme, incluant des phases importantes de prototypage et de (re)spécifications.

Références

Constraint Logic Programming Decision Support Systems for Planning and Scheduling Aircraft Manufacturing at Dassault Aviation, by J. Bellone, A. Chamard, A. Fischler, in the Third International Conference on the Practical Applications of Prolog, Paris, April 1995.

Auteurs: J. Bellone, A. Chamard et A. Fischler, Département Intelligence Artificielle & Informatique Avancée, DASSAULT AVIATION, 78 quai Marcel Dassault, 92214 Saint-Cloud, FRANCE.

Le travail sur MADE est partiellement supporté par le projet ESPRIT 5291 CHIC.
PLANE est supporté par EP 6708 APPLAUSE.
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Vous souhaitez en savoir plus ? Contactez-nous: info@cosytec.fr

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