Brevet FR2797332A1 — publié le 20010209

La présente invention concerne un système de pro- duction comprenant des machines pour usiner des pièces, des commandes de machines, et des agents de machine associés aux machines. Les systèmes de fabrication ou de production mo- dernes se caractérisent par des agents de machine associés aux machines d'usinage des pièces et ces agents communiquent avec les agents de pièce associés aux pièces à usiner. Les agents de pièce demandent notamment les ordres d'opérations à effectuer et les agents de machine envoient des ordres cor- respondants aux agents de pièce. Cette communication a pour but d'optimiser le flux alterné à l'intérieur du système de production. Les agents de machine utilisés dans le système ont une interface pour commander les machines d'usinage ins- tallées dans le système de production. Du fait du grand nom- bre de machines d'usinage utilisées, selon l'état de la technique, il faut adapter de manière particulière l'agent de machine à la commande respective d'une machine utilisée, ce qui entraîne des coûts et un temps de mise en oeuvre impor- tant. A cet effet, l'invention se propose de développer le système de production pour permettre de coupler n'importe quelle commande de machine aux agents de machine utilisés dans le système. Ce problème est résolu notamment en ce que l'agent de machine est relié par une interface à la commande de machine, l'interface convertissant des signaux de la com- mande de machine en ordres correspondants de la commande de machine. Pour cela, on copie une interface d'opérateur, connue ou une commande d'entrée formée d'un clavier et d'un moniteur, à l'aide d'un logiciel, les signaux émis par les agents de machine étant interprétés comme les signaux d'entrée correspondants d'un opérateur. Les fonctions telles que démarrage, arrêt, inter- rogation d'état sont définies pour que ces fonctions puissent être commandées par un signal de sortie correspondant venant de l'agent de machine. En d'autres termes, l'interface selon l'invention peut également être considérée comme une interface d'opérateur, virtuelle. L'interface selon l'invention fait que tous les agents de machine du système de production existants dans le système peuvent coopérer avec un nombre quelconque de comman- des de machine ou de commandes numériques CNC, car toutes les interfaces sont identiques. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: * la figure 1 montre en vue schématique, un détail d'un sys- tème de production, * la figure 2 montre schématiquement le déroulement des opé- rations en cas de défaillance d'un agent de pièces à usi- ner, * la figure 3 montre une procédure schématique de réception d'une pièce non connue, * la figure 4 est une vue schématique d'une interface entre un agent de machine et une commande à mémoire programmable pour commander une machine d'usinage, et, * la figure 5 montre un dispositif pour transférer des piè- ces entre différents chemins de transport. La figure 1 montre un détail d'un système de pro- duction 10 en vue schématique. Le système de production 10 comprend des machines 12, des agents de machine 14 associés aux machines, des pièces 16, 16', des agents de pièce 18 as- sociés aux pièces, des moyens de transport 20, 22, 24, 26, 28 pour transporter les pièces 16, 16' entre les machines 12. Des agents de transport 30 sont associés aux moyens de trans- port. Le moyen de transport 20 est une unité de dépla- cement, notamment une table coulissante, une table rotative ou un élément de rotation tel qu'un tambour rotatif pour per- mettre d'échanger les pièces 16, 16' entre les autres moyens de transport 22 à 28, en forme de chemins de transport. Les chemins de transport 22 à 28 sont des convoyeurs à rouleaux; les chemins de transport 26, 28 sont prévus au niveau du bord et sont entraînés en direction de la production. Les chemins de transport 22, 24 sont entraînés dans le sens opposé du sens de production et sont ainsi entraînés à l'opposé de la direction de déplacement des chemins de transport 26, 28. Il est prévu en outre une installation de transfert 32 qui relie les machines 12 par exemple au chemin de transport 28. Pendant toute l'opération de fabrication, l'agent de pièce 18 gère la pièce 16, 16'. Dès que la pièce 16, 16' est introduite dans le système de production 10, un capteur, non représenté, identifie la pièce qui est alors enregistrée dans l'agent de pièce 18. Pour un certain type de pièce comme par exemple un bloc moteur à quatre ou six cylindres, il faut effectuer plusieurs opérations d'usinage que l'agent de pièce 18 reconnaît au moment de l'identification. Dans la suite du procédé de fabrication, l'agent de pièce assure que tous les usinages nécessaires ont été apportés à la pièce. En particu- lier l'agent de pièce vérifie la disponibilité des machines d'usinage 12, détermine la machine d'usinage la plus avanta- geuse et assure le transport vers cette machine. Dès que la pièce 16 est prise en charge par l'agent de pièce 18, celui-ci communique avec l'agent de ma- chine 14 associé aux machines 12; ces agents de machine transmettent à l'agent de pièce, l'état d'usinage respectif. Puis, l'agent de pièce 18 sélectionne parmi les offres reçues et, en tenant compte du degré de charge (remplissage) respec- tif des machines 12 évoquées, celle qui est la plus avanta- geuse. L'unité de déplacement en coulissement 20 est gé- rée par l'agent de transport 30. L'agent de transport est en mesure de commander de lui-même l'unité de déplacement 20. Si la pièce 16 est transportée par la bande transporteuse 26 dans la direction de production, vers l'unité de déplacement 20, la pièce est arrêtée à l'entrée E2 et détectée par un capteur 34. Au cours d'une première étape de procédé V1, l'agent de pièce 18 charge l'agent de transport 30 de trans- porter la pièce 16 jusqu'à une adresse de machine de destina- tion, souhaitée. Il est à remarquer que, selon l'invention, une adresse de machine Mn définie est associée à chaque agent de transport 30. Toutes les autres machines 12 sont soit des adresses croissantes de machine M(n+ x) ou des adresses dé- croissantes de machine M(n-x). Cela signifie chaque fois qu'une machine 12, ayant une adresse définie Mn, forme une unité locale avec l'agent de transport 30 correspondant et l'unité de déplacement 20. Dans une seconde étape de procédé V2, la mission de transport est inscrite sur une liste de mission 36 et elle est traitée dans l'ordre des entrées de mission. Puis l'agent de transport 30 acquitte la mission de transport et envoie un signal d'acquittement en retour vers l'agent de pièce 18 (étape de procédé V3). Dans une étape de procédé V4, l'agent de transport 30 décide de lui-même de la sortie de destina- tion vers laquelle la pièce 16 appliquée à l'entrée E2 doit être déplacée pour atteindre, par un chemin optimum, l'adresse de la machine de destination Mz. Pour cela, l'adresse de la machine de destination Mz, souhaitée, est comparée à l'adresse locale de machine Mn de l'agent de transport 30 et, selon la comparaison, on définit la sortie cible souhaitée. Si l'adresse de la machine de destination Mz correspond à l'adresse locale de la machine Mn, la pièce 16' est transportée jusqu'à la sortie Al et arrive par la bande transporteuse 28 à l'unité de transfert 32 pour être éjectée alors à l'adresse de la machine de destination Mz = Mn. Si l'adresse de la machine de destination Mz est inférieure à l'adresse locale de la machine Mn, c'est-à-dire si l'on a Mz = M(n-x), la pièce 16' est transportée dans la direction opposée à la direction de production, c'est-à-dire qu'elle est déplacée vers l'une des sorties A3 ou A4. Si l'adresse de la machine de destination souhaitée Mz est supérieure à l'adresse locale de la machine Mn, c'est-à-dire si l'on a Mz = M(n+x), la pièce 16' est déplacée dans la direction de production, c'est-à-dire vers les sorties Al ou A2. Toutes les machines du système de production 10 sont disposées dans l'ordre croissant des adresses de machine Mn; l'adresse de machine Mn est croissante dans la direction de production. Après que l'agent de transport 30 ait défini une sortie de destination, un programme de déplacement est lancé, implémenté par l'agent de transport, (étape de procédé V5) de sorte que la mission de déplacement peut être exécutée. La pièce 16' est éjectée à la sortie de destina- tion souhaitée (dans l'exemple de réalisation il s'agit de la sortie A4) pour être transportée par le chemin de transport 22 dans la direction opposée à la direction de production (étape de procédé V6). Le procédé selon l'invention se caractérise no- tamment en ce que le système de production 10 peut facilement être modifié car les modifications locales, comme par exemple l'enlèvement ou l'adjonction de machines, ne nécessitent qu'une configuration locale. En cas de défaillance de la machine 12 d'adresse de machine Mn, il suffit par exemple de reconfigurer seule- ment l'agent de transport 30. Les agents de pièce qui gèrent les pièces 16 ne sont pas influencés par la reconfiguration, car ceux-ci ne connaissent que les adresses de machine de destination Mz correspondantes, pour les pièces gérées par eux. Il n'est pas nécessaire de mémoriser la topologie glo- bale du système de production 10 dans chaque agent de pièce. Il n'est pas non plus nécessaire que l'agent de transport connaisse toutes les adresses de machine; en effet, les agents de transport 30 peuvent décider d'eux-mêmes de l'adresse de machine M(n+x) ou M(n-x) qui est optimale pour chaque étape d'usinage souhaitée. La figure 2 montre de manière purement schémati- que le déroulement d'un procédé en cas de défaillance d'un agent de pièce, comme développement avantageux du système de production 10 selon la figure 1. Selon l'invention, on a plu- sieurs agents de pièce WA1...WAn, qui communiquent avec le ou les agents de transport 30. Il n'en résulte pas d'association fixe entre les agents de pièce et les pièces à contr81er mais un grand nombre de pièces WSl... WSx ou WS10O...WSy sont associées aux agents de pièce WAl...WAn. Par exemple l'agent de pièce WA1 attribue, par l'intermédiaire d'une liaison de communication 38, à l'agent de transport 30, la mission de déplacer la pièce WSx. En cas de communication de données défectueuses, soit par suite d'une rupture de ligne ou d'une défaillance de l'agent de pièce WA1, dans le procédé selon l'état de la technique, la pièce WSx ne serait soumise à aucun contrôle ni gestion. Au contraire, selon l'invention, l'agent de trans- port30 établit une communication avec un autre agent de pièce WA2...WAn. Cette prise de contact et la sélection se font de préférence selon le principe aléatoire. L'agent de pièce sé- lectionné vérifie si les données spécifiques à la pièce WSx sont contenues dans sa mémoire. Si par exemple l'agent de pièce WAn est choisi et que celui-ci constate qu'il n'y a pas de donnée spécifique à la pièce WSx dans l'agent de pièce WAn, on établit par une autre ligne de communication 42, une liaison entre l'agent de pièce WAn et la banque de données de pièce DB qui contient toutes ces données spécifiques aux piè- ces. Ensuite, les données appartenant à la pièce WSx sont enregistrées dans l'agent de pièce WAn, de sorte que cet agent sera responsable pour la durée restante d'usinage de la pièce WSx. L'agent de pièce WA1 sera dénoncé pour la pièce WSx. Ce procédé se caractérise en ce que les dé- faillances des agents de pièce WAl...WAn peuvent être traitées en toute sécurité. En particulier la défaillance d'un agent de pièce n'a pas d'influence sur le comportement global du système de production 10. La figure 3 montre schématiquement le déroulement du procédé pour la réception d'une nouvelle pièce WSu incon- nue du système 10. Tout d'abord, la pièce inconnue WSu est saisie par un capteur et est enregistrée dans l'agent de transport 30 par l'intermédiaire d'une liaison de communica- tion 44. L'agent de transport 30 constate que la pièce WSu est inconnue; puis, en appliquant le principe aléatoire, il sélectionne, par l'intermédiaire de la liaison de communica- tion 46, un agent de pièce WAk parmi les agents de pièce existants WAl... WAn. L'agent de pièce WAk prend contact avec la banque de données DB par l'intermédiaire de la liaison 48 et extrait des données spécifiques à la pièce WSu dans la mesure o ces données sont contenues dans la banque de données DB. Dans le cas contraire, il est possible que la pièce WSu ou un support de pièce qui porte cette pièce contienne déjà des données spécifiques à la pièce. Dans ce cas, l'agent de pièce WAk applique, par l'intermédiaire de la liaison 48, un jeu de données à la banque de données DB pour la pièce WSu. Ce procédé selon l'invention permet d'insérer des pièces inconnues, ce qui augmente la souplesse du système de production 10. Les agents de pièce WA1...WAn sont construits pour qu'une unité de commande 50 commande le fonctionnement de plusieurs branches; à chaque agent externe comme par exemple un agent de transport TA, un agent de machine MA ou à la ban- que de données DB, on attribue une branche 52, 54, 56. De plus, les agents WA, TA, MA communiquent entre eux et s'initialisent réciproquement. Cela simplifie la reconfigura- tion. Une autre caractéristique propre de l'invention concerne l'interface 62 entre un agent de machine 58 et une commande de machine 60. La commande de machine 60 est reliée à la mécanique de la machine 64 par l'intermédiaire d'une in- terface entrée/sortie. De plus, la commande de machine 60 comporte une unité d'entrée 66 formée d'un moniteur et d'un clavier permettant de maneuvrer manuellement la commande de machine 60 à l'aide d'un opérateur 68. Partant d'un agent de pièce 70, on transmet à l'agent de machine 58 des missions ou des contrats par une liaison de communication 72. Puis l'agent de machine 58 transmet, par une liaison de communication 74, une offre en retour à l'agent de pièce 70. Les missions ou requêtes obte- nues sont transformées en ordres par l'interface 62; ces or- dres sont transmis à la commande de machine 60 pour permettre l'exécution des étapes d'usinage souhaitées sur la pièce. Il est prévu que l'interface 62 soit une copie virtuelle de l'interface d'opérateur 66. L'interface 62 offre l'avantage que l'agent de machine 58 puisse coopérer avec toute machine ou toute commande de machine 60 car l'interface 62 réagit de la même manière pour tous les agents de machine. Comme l'interface 62 est conçue pour un opérateur 68, comme l'unité d'entrée 66, les moyens pour l'interface 62 sont faibles. L'interface 62 peut être implémentée comme composant de pro- gramme logiciel dans une commande à mémoire programmable ou un ordinateur personnel. Le procédé décrit ci-dessus permet une automati- sation très souple de la production. En particulier on peut produire directement des prototypes et des modèles sur l'installation définitive car les objets d'usinage sont réac- tualisés pour chaque production. De plus, l'ensemble du sys- tème peut s'adapter en un temps très court à différents objets. En particulier on peut construire des banques de don- nées décentralisées ainsi que des diagnostics automatiques. On peut également réduire considérablement le temps de mise en route. La même remarque s'applique aux commutations des modes de fonctionnement. Comme déjà évoqué, une défaillance d'une machine n'a qu'une influence négligeable sur le production car toutes les autres machines continuent de travailler sans être gê- nées. Les agents de pièce WAl...WAn interrogent pendant une phase d'établissement de note auprès des agents de machines MA, celles qui devraient fonctionner. Les machines défectueu- ses ne sont pas offertes pour l'usinage et leur activité est assurée par d'autres machines aptes à fonctionner. La saisie permanente des données réelles de pro- duction permet une sélection optimisée et une meilleure con- ception des machines d'usinage à la fois du point de vue de l'économie et de la disponibilité des équipements. Enfin, les nouvelles machines peuvent être ajou- tées sans reconfiguration et les machines existantes peuvent être enlevées. Le procédé selon l'invention permet d'augmenter le débit de pièces du système de production 10 de 50 jusqu'à %. On peut également tolérer des solutions alternatives en cas de défaillance partielle de machines. Le système de pro- duction 10 est globalement souple et se caractérise par de faibles coûts d'installation et un faible risque d'embouteillage. La figure 5 montre, d'une manière purement sché- matique, un mode de réalisation possible de l'unité de dépla- cement 20. Dans l'exemple représenté on a deux bandes transporteuses 76, 78 qui transportent les pièces dans le sens de la production ou une bande transporteuse 80 qui transporte la pièce dans le sens opposé du sens de produc- tion. Pour arriver à une construction compacte, les bandes transporteuses sont superposées dans des plans différents. Dans l'exemple de réalisation, les axes des bandes transpor- teuses correspondent à un triangle équilatéral. Il est clair que l'on peut également superposer d'autres bandes transpor- teuses, par exemple deux bandes transporteuses dans la partie inférieure, et circulant dans la direction de production et une bande transporteuse située au-dessus, avec un sens de production opposé. Les pièces WSx sont déposées sur des sup- ports de pièce 82 qui reposent eux-mêmes sur les bandes transporteuses 76, 78, 80. L'unité de déplacement 20 est for- mée d'une fixation 84 qui entoure la périphérie des bandes transporteuses et ce support 84 est prévu au niveau des dis- positifs de réception 86, 88, périphériques; ces dispositifs reçoivent une pièce WSx ou une pièce avec un support. En tournant le support 84, notamment en forme de tambour, dans la direction de la flèche 90, on tourne la pièce WSx d'un an- gle a jusqu'à la bande de transport souhaitée puis on peut la déposer sur la bande de transport 80. De façon correspondante, la pièce WSx' peut être transférée par une nouvelle rotation de la bande transpor- teuse 80 sur la bande transporteuse 76. Les dispositifs de réception 86, 88 sont disposés pour que la pièce conserve sa position par rapport à la position horizontale lorsqu'on tourne le support 84. De manière particulière, les disposi- tifs de réception 86, 88 peuvent être des dispositifs de pré- hension ou des convoyeurs à rouleaux. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Système de production comprenant des machines (Mn, 64) pour usiner des pièces WSx ainsi que des commandes (60) et des agents de machine (Ma, 58) associés aux machines (Mn, 64), caractérisé en ce que * l'agent de machine (58) est relié par une interface (62) à la commande de machine (60), * l'interface (62) convertit des signaux de la commande de machine (58) en ordres correspondants de la commande de machine (60). 2 ) Système de production selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface (62) est une copie d'une interface d'opérateur (66) couplée à la commande de machine (60), les signaux sor- tant des agents de machine (58) étant interprétés comme des signaux d'entrée d'un opérateur de l'interface d'opérateur (66). 3 ) Système de production selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agent de machine (58) est relié par l'interface (62) à une quelconque commande de machine (60).