Conception et développement d'un système multi-agent d'aide à la décision pour la gestion de production dynamique

Une prise de décision efficace repose souvent sur le contrôle de l'information dans le temps, cette action vise à capturer des éléments d'information les plus importants qui sont mis à jour de différentes manières. L'intégration des agents aux Systèmes Interactifs d'Aide à la Décision (SIAD) fournit un moyen rentable pour la prise de décision. Les agents planifient dans le système et poursuivent leurs buts et sous-objectifs en coopérant, coordonnant leurs tâches et en négociant entre eux afin de répondre avec souplesse et intelligence aux situations dynamiques et imprévues. En gestion de production temps-réel, le système d'aide à la décision mémorise l'état courant de l'atelier. Il connaît à tout moment l'ensemble des décisions et des événements possibles. Nous distinguons trois contextes d'aide à la décision : (i) aide à la décision pour une séquence admissible; (ii) aide à la décision pour le recouvrement de l'admissibilité et (iii) aide à la décision et à la négociation entre les centres de décision hors du contexte planifié. La présente thèse propose un SIAD à base d'agents afin de résoudre certains problèmes d'incertitude dans le système d'ordonnancement de la production dynamique. Le système développé donne aux centres de décision la possibilité pour prendre des décisions dans un contexte dynamique. Plus précisément, les Stations Intégrées de Production (SIP) seront équipées d'un comportement suffisant pour exécuter des opérations concrètes et réagir simultanément à la complexité des problèmes causés par l'ordonnancement dynamique dans des situations réelles. Ces agents expriment leurs préférences en utilisant la méthode ELECTRE III, afin de résoudre les différences. Le mécanisme de négociation est basé sur le Protocole Contract Net (CNP). Le protocole développé sur JADE fournit des échanges de messages entre les agents et leur propose des comportements prédéfinis. L'approche est testée à travers des scénarii simples.An effective decision making is often based on control information in time. This action aims to capture the current state of the most important information elements updated in different ways. For Decision Support Systems (DSS), the software agents' integration provides an automated, cost-effective means for making decisions. The agents in the system autonomously plan and pursue their actions and sub-goals to cooperate, coordinate, and negotiate with others, and to respond flexibly and intelligently to dynamic and unpredictable situations. In real-time production management, the DSS memorizes the current state-of the workshop. It knows constantly all possible decisions and the possible events involved. We distinguish 3 contexts for the decision-making aid: (1) Decision-making aid in the context of an acceptable sequence; (2) Assistance for the admissibility covering; and (3) negotiation support among different decision-making centers in a dynamic context. The present thesis proposes an agent architecture-based DSS in order to solve some uncertainty problems in dynamic production system scheduling. The proposed DSS gives the decision centers the opportunity to make decisions in a dynamical context. Specifically, Integrated Station of Production agents (ISP) will be equipped with a sufficient behavior to carry out practical operations and simultaneously react to the complex problems caused by the dynamic scheduling in real situations. These agents express their preferences by using ELECTRE III method in order to solve differences. The negotiation mechanism is based on the Contract Net Protocol (CNP). The coordination protocol developed on JADE provides message exchanges between agents and offers them predefined behaviors. The approach is tested through simple scenarios

Outils et modèles collaboratifs pour la gestion des tensions dans les services des urgences pédiatriques

In the healthcare production management systems, the control of the patient flows and the anticipation of the tensions are major issues. Due to the increasing the crowding situations and their consequences, there is an ever increasing emphasis on the ability of the actors in hospital and healthcare pathways to manage the patient health care process. They must be able to control the crowding (peaks of activities, congestion of services) that are related to patient and healthcare processes flows. However, decision makers do not have sufficient methodologies and decision support tools adapted for controlling the patient flows.This thesis aims to investigate and develop modeling, optimization and implementation of a Support System to improve the care of patients in normal situation and crowding situation in Services Pediatric Emergencies (SUP) of the Lille University Hospital. The objective of this thesis is to propose appropriate solutions to the SUP to improve care for patients in terms of wait times. We therefore modeled the process of care for patients by Workflow approach to identify malfunctions in the SUP near the modeling phase; we proposed a resolution of agent-based architecture to optimize scheduling patient flow and significantly decrease their waiting time during periods of tension. Then we studied a dynamic process orchestration workflow by agents to reduce the expectations of patients running time. This thesis is conducted under the ANR HOST project in collaboration with the Lille University Hospital SUP. The simulation results highlight the contribution of the alliance between the multi-agent systems and optimization for decision supportDans la gestion des systèmes de production de soins, la maîtrise des flux hospitaliers et l'anticipation des tensions sont des enjeux majeurs. Les acteurs du secteur hospitalier et des filières de soins doivent maîtriser des tensions telles les pics d'activités et les engorgements de services qui sont liées aux flux des patients et aux flux des processus de soins. Ils sont toutefois démunis en méthodologies et outils d'aide à la décision et de pilotage adaptés. Cette thèse a pour but d’étudier et de développer la modélisation, l'optimisation et la mise en œuvre d'un Système d’Aide à l’amélioration de la prise en charge des patients en mode normal et en mode tension dans les Services des Urgences Pédiatriques (SUP) du CHRU de Lille. L’objectif de cette thèse est de proposer des solutions appropriées au SUP permettant d’améliorer la prise en charge des patients en termes de temps d’attente. Nous avons donc modélisé le processus de prise en charge des patients par l’approche Workflow afin d’identifier les dysfonctionnements au SUP près cette phase de modélisation, nous avons proposé une architecture de résolution à base d’agents afin d’optimiser l’ordonnancement des flux patients et diminuer considérablement leur temps d’attente en périodes des tensions. Ensuite nous avons étudié une démarche d’orchestration dynamique du Workflow par les agents afin de réduire les temps d’attentes des patients en cours d’exécution. Cette these est menée dans le cadre du projet ANR HOST avec la collaboration du SUP de CHRU de Lille. Les résultats des simulations mettent en exergue l’apport de l’alliance entre les systèmes multi-agent et l’optimisation pour l’aide à la décision

Système collaboratif d'aide à l'ordonnancement et à l'orchestration des tâches de soins à compétences muiltiples

Health care systems management and the avoidance of overcrowding phenomena are major issues. The aim of this thesis is to implement a Collaborative Support System for Scheduling and Orchestration (CSSystSO) of multi-skill health care tasks in order to avoid areas bottlenecks in the Pediatric Emergency Department (PED) and improve health care quality for patients. The CSSystSO integrates a collaborative Workflow approach to model patient journey in order to identify dysfunctions and peaks of activities of medical staff in the PED. The dynamic and uncertain aspect of the problem has led us to adopt an alliance between Multi-Agent Systems (MAS) and Evolutionary Algorithms (EA) for health care tasks treatment and scheduling taking into account the level of experience of the PED actors and their availabilities. In case of perturbations in the PED, a coalition of agents is formed to collaborate and negotiate in order to provide orchestration Workflow decisions to minimize the waiting time of patients during their treatment. The experimental results presented in this thesis justify the interest of the alliance between MAS and Metaheuristics to manage overcrowding phenomena in the PED. This work belongs to the project HOST (Hôpital: Optimisation, Simulation et évitement des tensions). (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010).Dans la gestion des systèmes de soins, la maîtrise des flux hospitaliers et l’anticipation des tensions sont des enjeux majeurs. Le but de cette thèse est de contribuer à l’étude et au développement d’un Système Collaboratif d’Aide à l’Ordonnancement et à l’Orchestration (SysCAOO) des tâches de soins à compétences multiples pour gérer les tensions dans les Services d’Urgences Pédiatriques (SUP) afin d’améliorer la qualité de prise en charge des patients. Le SysCAOO intègre une approche Workflow collaboratif pour modéliser le parcours patient afin d’identifier les dysfonctionnements et les pics d’activités du personnel médical dans le SUP. L’aspect dynamique et incertain du problème nous a conduits à adopter une alliance entre les Systèmes Multi-Agent (SMA) et les Algorithmes Evolutionnaires (AE) pour le traitement et l’ordonnancement des tâches de soins en tenant compte du niveau d’expérience des acteurs du SUP et leurs disponibilités. En cas d’aléas dans le SUP, une coalition d’agents se forme pour collaborer et négocier afin de proposer des décisions d’orchestration du Workflow et minimiser le temps d’attente des patients en cours de leur prise en charge. Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse justifient l’intérêt de l’alliance entre les SMA et les Métaheuristiques afin de gérer les tensions dans le SUP. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s’intègrent dans le cadre du projet HOST (Hôpital : Optimisation, Simulation et évitement des tensions) (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010)

Etude et résolution de problèmes d'ordonnancement de projets multi-compétences (Intégration à un progiciel intégré libre)

Les travaux de cette thèse réalisée sous contrat CIFRE portent sur des problématiques d ordonnancement de projets mufti-compétences. Définis en collaboration avec des experts de gestion de projet au sein de la société Néréide, deux modèles d ordonnancement de projet font l objet de cette étude. Dans le premier modèle, une tâche est définie par l ensemble des compétences dont elle a besoin, la charge nécessaire de chaque compétence ainsi que la possibilité d être interrompue ou non. Pour l élaboration d un planning prédictif respectant toutes les contraintes et minimisant la date de fin du projet, nous proposons des heuristiques de liste et métaheuristiques. Un modèle mathématique linéaire en nombres entiers ainsi que des bornes inférieures sont également développés. Dans un second temps, nous proposons, à partir d un planning prédéfini, des méthodes pour ajuster le planning et répondre aux aléas survenus lors du déroulement du projet. Pour résoudre ce problème réactif, nous proposons une approche exacte itérative basée sur une formulation linéaire en nombres entiers ainsi qu un algorithme génétique de type NSGA-II. Il s agit donc d une approche réactive bicritère où les solutions calculées doivent minimiser à la fois la date d achèvement du projet et le nombre maximum de changements d affectation de tâches aux employés. Dans le deuxième modèle, un cas particulier du modèle préemptif précédent est étudié. Nous nous intéressons au cas où une tâche nécessite une seule compétence avec possibilité de préemption seulement si les ressources ne sont pas disponibles (absence, congés, etc.). Dans ce modèle, une tâche est définie également par sa date de disponibilité et une date de fin souhaitée. Un coût d utilisation personne/compétence est introduit. Pour ce dernier modèle, il s agit d un problème d ordonnancement de projet bicritère, pour lequel les solutions calculées doivent minimiser le retard maximum et le coût global d affectation des personnes aux tâches. Des heuristiques et métaheuristiques sont proposées pour ce modèle. Certaines méthodes de résolution proposées ont été implémentées sous forme d add-ons intégrables au framework OFBiz.The work presented in this thesis deals with multi-skill project scheduling problems. We have studied two models of project scheduling which are defined in collaboration with project management experts in Néréide company. In the first model, a task is defined by a set of required skills, the load needed for each skill as welI as the possibility of preemption. To build a predictive planning which respects aIl problem constraints and minimize the project completion time (makespan), we propose heuristics and meta-heuristics methods. A mixed integer mathematical linear programming model and lower bounds are also proposed. From a predefined planning, we propose an exact method based on a mathematical program as weIl as a genetic algorithm of type NSGA-II allowing to deal with disruptions occurred during the project realization. It is, therefore, a reactive approach in which we look for feasible solutions minimizing both the project completion date and the maximum number of resources assignment changes. In the second studied model, we focus on a case where a task exactly requires one skill with preemption possibility only in case of resources unavailability. In this model, a task is also characterized by its release and due date. A cost per person/skill is given. It is, therefore, a bi-objective problem in which the computed solutions must minimize both the maximum tardiness and the project global cost. Heuristics and meta-heuristics are proposed for solving this problem. Some proposed methods are integrated in the framework OFBiz as add-ons.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

Une approche à base d'agents pour la planification et l'ordonnancement en temps réel de personnel dans un contexte de chaîne d'assemblage flexible

La recherche abordée dans le cadre de cette thèse s'intéresse à la gestion des ressources humaines opérationnelles, et plus spécifiquement aux problèmes de planification de ces ressources dans un contexte dynamique. Un intérêt particulier est porté au problème d'ordonnancement en temps réel du personnel travaillant sur une chaîne d'assemblage. Nous abordons cette problématique dans une perspective de gestion par compétences et ce, en nous basant sur le profil de compétences dans la modélisation de l'offre et de la demande en main-d'oeuvre. Quatre principaux axes de recherche sont exploités. Le premier axe vise l'aspect théorique de la modélisation du problème d'ordonnancement du personnel. A cet effet, nous proposons un modèle mathématique du problème d'affectation dynamique des employés sur une chaîne d'assemblage avec la prise en considération des préférences, des compétences et des déplacements inter-postes des employés. En nous basant sur ce modèle, et grâce à l'utilisation du solveur commercial de type Cplex, nous avons pu résoudre des instances de problèmes de petite taille. Les résultats obtenus démontrent que la production d'une solution optimale requiert un temps de calcul important, ce qui risque de générer une rigidité et une moindre réactivité de la fonction d'ordonnancement face à des perturbations d'un environnement dynamique. Le deuxième axe de recherche porte sur l'élaboration d'une approche distribuée à base d'agents pour la résolution du problème d'ordonnancement du personnel. L'approche proposée se base sur l'utilisation de plusieurs catégories d'agents intelligents qui coopèrent entre eux à travers la formation de coalitions. Chaque coalition est formée de deux agents-employés qui auront décidé de coopérer entre eux en s'échangeant une partie de leurs activités d'assemblage afin d'améliorer leur profit et en conséquence, la qualité de la solution globale d'ordonnancement. Les résultats d'ordonnancement du personnel obtenus à partir des premiers tests sont encourageants. Ils démontrent que notre approche à base d'agents permet d'obtenir des solutions de bonne qualité en des temps raisonnables. Le troisième axe de recherche porte sur le réordonnancent du personnel en temps réel face aux aléas liés à l'absence d'employés. À cet effet, nous proposons une extension de l'approche à base d'agents ainsi que deux variantes de l'approche de recuit simulé, qui permettent de résoudre le problème de réordonnancement. Nous avons pu tester les performances de ces deux approches sur plusieurs cas du problème d'ordonnancement et de réordonnancement du personnel. L'ensemble des résultats démontre que l'algorithme à base d'agents conduit à de très bonnes solutions en comparaison avec le recuit simulé. Enfin, nous avons exploité les algorithmes à base d'agents et de recuit simulé, qui sont développés dans cette recherche, pour étudier deux aspects de la gestion stratégique des ressources humaines : la flexibilité dans l'élaboration des horaires de travail et l'impact de la prise en considération des préférences dans le processus d'ordonnancement du personnel. Dans les deux cas, les résultats de simulation obtenus corroborent les hypothèses initiales de recherche, à savoir la pertinence et l'intérêt de la notion de flexibilité et de la prise en compte des préférences dans le processus d'ordonnancement du personnel

Optimisation de la consommation énergétique d'une ligne de métro automatique prenant en compte les aléas de trafic à l'aide d'outils d'intelligence artificielle

In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train, by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time. This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking energy recovery.En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne, se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains, par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite, des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage

Méthodologie de développement de systèmes multi-agents adaptatifs et conception de logiciels à fonctionnalité émergente

Environments within which applications are embedded are growing in complexity and dynamicity, considering the large number and the diversity of the takeholders. Functions of such systems become more and more difficult to define, and their specifications are often incomplete, even if their components are easily identifiable and specifiable. Without new design and modeling methods, managing such project will become too constraining, long and costly to cope with.We propose to use cooperative self-organising adaptive multi-agent systems (AMAS) to tackle these design problems. The functionality of such systems emerges from coopera- tive interactions between agents. Nevertheless, developing using AMAS is still an ad-hoc process and reduced to a small group of users. Several applications have been designed by using AMAS, but it has never been executed by novices and non AMAS experts. To answer to this lack of visibility and openess, the ADELFE project – for Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente or Toolkit for developing applications with emergent functionalities – proposes to develop a methodology based on these emergence oriented principles. This methodology is defined in three points : process, notations and tools. The ADELFE process is based on the Rational Unified Process and extends or adds some agent specific activities. Notations are extensions of UML and A-UML. Tools have been developed or extended in to support notations, with OpenTool, and following the process is eased by using AdelfeToolkit.The relevance of this approach has been confronted to the development of experimental applications. Some results from a dynamic timetable solver, ETTO, and from a multi-robot transportation task are presented and analysed.Les environnements des applications d’aujourd’hui sont de plus en plus complexes et dy- namiques, compte tenu du grand nombre et de la diversité des acteurs en jeu. Les fonctions de tels systèmes deviennent alors de plus en plus difficiles à définir, et leur spécification est souvent incomplète, même si les composantes restent pleinement identifiables et spécifiables. Si de nouvelles méthodes de conception et de modélisation ne sont pas mises au point, la gestion des projets deviendra de plus en plus contraignante, longue et coûteuse.Nous proposons d’utiliser les systèmes multi-agents adaptatifs par auto-organisation coopérative pour palier ces problèmes de conception. La fonctionnalité de ces systèmes est une résultante émergeant des interactions coopératives entre agents. Toutefois, le développement de tels systèmes est resté confidentiel et réduit à un groupe autour de ses créateurs directs. Certes de nombreuses applications ont été conçues grâce à ces systèmes, mais jamais par des novices, non experts du domaine. Pour répondre à ce manque de visibilité et d’ouverture, le projet ADELFE - pour Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente - propose de développer une méthode de développement d’applications repo- sant sur ces principes et définie en trois points : un processus, des notations et des outils. Le processus d’ADELFE est basé sur le Rational Unified Process et y ajoute des activités spécifiques à l’ingénierie orientée agent. Les notations sont une extension des notations UML et A-UML. Des outils ont été développés ou étendus afin de prendre en charge à la fois les notations, grâce à OpenTool, et le processus, grâce à un outil d’aide au suivi appelé AdelfeToolkit.La pertinence de cette méthodologie a été mise à l’épreuve au cours de développements d’applications diverses. Nous présentons ici les résultats obtenus pour un problème de résolution dynamique d’emploi du temps, ETTO (pour Emergent Time Tabling Organisation), et pour un problème de transport multi-robot de ressources

Approche multi-agents pour la conception optimale des systèmes mécatroniques

The design of a mechatronic system is a multidisciplinary and multi-objective optimization problem. Optimization approaches currently used for the optimization of multidisciplinary systems are expensive in computation time, difficult to implement, and inflexible with the preliminary design phase, in which the objectives and design constraints change frequently. It is therefore necessary to look for new techniques easier to implement and less expensive, that enable to adapt dynamically a solution due to a change in specifications. In this context that this thesis focuses on the development of a multi-agent design approach, based on disciplinary knowledge and cooperative behavior; make possible to collectively find an optimal solution that satisfies the required constraints and performance.The proposed approach is based on a design process to facilitate collaborative distributed design of mechatronic systems. This approach is applied to the preliminary design of an electric vehicle to illustrate how the use of the multi-agent paradigm helps designers in making effective decisions and to achieve an optimal decision of the overall problem. A comparative study with traditional optimization methods is made to demonstrate the validity and effectiveness of the proposed approach.La conception d’un système mécatronique est un problème d’optimisation multidisciplinaire et multi-objectif. Les approches d’optimisation actuellement utilisées, pour l’optimisation des systèmes multidisciplinaires, sont coûteuses en temps de calcul, difficiles à mettre en œuvre et non flexibles avec la phase de conception préliminaire, où les objectifs et les contraintes de conception changent fréquemment. D’où la nécessité de chercher une nouvelle technique plus simples à mettre en œuvre, moins coûteuse et qui permet d’adapter dynamiquement une solution suite à un changement des spécifications. C’est dans ce contexte que cette thèse se focalise sur le développement d’une approche multi-agents de conception qui, se basant sur les connaissances disciplinaires et par un comportement coopératif, permet de trouver collectivement une solution optimale qui satisfait les contraintes et les performances demandées.L'approche proposée est basée sur un processus de conception pour faciliter la conception collaborative distribué des systèmes mécatroniques. Cette approche est appliquée à la conception préliminaire d'un véhicule électrique pour illustrer comment l'utilisation du paradigme multi-agent aide les concepteurs à prendre des décisions efficaces et de parvenir à une décision optimale de l'ensemble du problème. Une étude comparative avec les méthodes classiques d'optimisation est faite afin de démontrer la validité et l'efficacité de l’approche proposée

La métaheuristique CAT pour le design de réseaux logistiques déterministes et stochastiques

De nos jours, les entreprises d’ici et d’ailleurs sont confrontées à une concurrence mondiale sans cesse plus féroce. Afin de survivre et de développer des avantages concurrentiels, elles doivent s’approvisionner et vendre leurs produits sur les marchés mondiaux. Elles doivent aussi offrir simultanément à leurs clients des produits d’excellente qualité à prix concurrentiels et assortis d’un service impeccable. Ainsi, les activités d’approvisionnement, de production et de marketing ne peuvent plus être planifiées et gérées indépendamment. Dans ce contexte, les grandes entreprises manufacturières se doivent de réorganiser et reconfigurer sans cesse leur réseau logistique pour faire face aux pressions financières et environnementales ainsi qu’aux exigences de leurs clients. Tout doit être révisé et planifié de façon intégrée : sélection des fournisseurs, choix d’investissements, planification du transport et préparation d’une proposition de valeur incluant souvent produits et services au fournisseur. Au niveau stratégique, ce problème est fréquemment désigné par le vocable « design de réseau logistique ». Une approche intéressante pour résoudre ces problématiques décisionnelles complexes consiste à formuler et résoudre un modèle mathématique en nombres entiers représentant la problématique. Plusieurs modèles ont ainsi été récemment proposés pour traiter différentes catégories de décision en matière de design de réseau logistique. Cependant, ces modèles sont très complexes et difficiles à résoudre, et même les solveurs les plus performants échouent parfois à fournir une solution de qualité. Les travaux développés dans cette thèse proposent plusieurs contributions. Tout d’abord, un modèle de design de réseau logistique incorporant plusieurs innovations proposées récemment dans la littérature a été développé; celui-ci intègre les dimensions du choix des fournisseurs, la localisation, la configuration et l’assignation de mission aux installations (usines, entrepôts, etc.) de l’entreprise, la planification stratégique du transport et la sélection de politiques de marketing et d’offre de valeur au consommateur. Des innovations sont proposées au niveau de la modélisation des inventaires ainsi que de la sélection des options de transport. En deuxième lieu, une méthode de résolution distribuée inspirée du paradigme des systèmes multi-agents a été développée afin de résoudre des problèmes d’optimisation de grande taille incorporant plusieurs catégories de décisions. Cette approche, appelée CAT (pour collaborative agent teams), consiste à diviser le problème en un ensemble de sous-problèmes, et assigner chacun de ces sous-problèmes à un agent qui devra le résoudre. Par la suite, les solutions à chacun de ces sous-problèmes sont combinées par d’autres agents afin d’obtenir une solution de qualité au problème initial. Des mécanismes efficaces sont conçus pour la division du problème, pour la résolution des sous-problèmes et pour l’intégration des solutions. L’approche CAT ainsi développée est utilisée pour résoudre le problème de design de réseaux logistiques en univers certain (déterministe). Finalement, des adaptations sont proposées à CAT permettant de résoudre des problèmes de design de réseaux logistiques en univers incertain (stochastique)

Agilité des procédés de transformation de la matière dans un contexte d'approvisionnement et de demande instables : application au traitement de la biomasse

Dans un contexte industriel instable où l’offre et la demande sont incertaines, les industries de procédés sont poussées à transformer leurs systèmes de production. Ce défi s’inscrit dans une transition globale intégrant les exigences liées au développement durable et portée par des tendances fortes. En effet, cette transformation doit tenir compte de la notion de services qui s’installe durablement dans l’industrie. Par ailleurs, l’intensification de la digitalisation impulsée par les technologies de l’Industrie 4.0 créé de nouvelles perspectives d’organisation des moyens de production. À cet effet, les communautés scientifiques du Génie des Procédés, telle que la Société Française du Génie des Procédés, s’accordent pour le développement d’une Usine du Futur. Les enjeux auxquels elle devra répondre sont multiples. Non contente de développer une approche incluant l’économie circulaire, l’industrie de procédés de demain sera numérique et virtuelle. De plus, elle devra adapter l’ensemble du système de production aux fluctuations de son environnement, tout en considérant l’acceptabilité sociale. Dans cette perspective, les initiatives actuelles proposent des solutions reposant majoritairement sur la flexibilité des opérations unitaires ainsi que la modularité du procédé pour une matière première et/ou un produit final fixé. Cela induit des investissements conséquents que ce soit dans les pilotes de laboratoire ou encore la conception d’unité de fabrication. Pour remédier à ces difficultés, l’agilité des systèmes de production apparaît comme une solution, dépassant les concepts de modularité et de flexibilité déjà mis en oeuvre dans ce domaine. Toutefois, il est constaté une absence de conceptualisation et de méthodes de mise en oeuvre de l’agilité dans la discipline du Génie des Procédés. Ces travaux de thèse visent à combler ce manque en proposant un cadre méthodologique outillé pour l’apport d’agilité à l’ensemble de la chaîne de transformation de la matière. Ainsi l’agilité, telle que proposée, permet de comprendre non seulement la dynamique du procédé dans son environnement mais aussi de mobiliser des moyens de production adaptés, en cas de fluctuations. L’objectif de ces travaux de thèse est de construire une chaîne de transformation de la matière supportée par une usine virtuelle résultant de la collaboration de services offerts par des acteurs à l’échelle d’un territoire. Un service de transformation permet de réaliser tout ou partie des étapes du procédé retenu, et est sélectionné selon les besoins. Le procédé est décentralisé en s’appuyant sur des installations existantes afin de s'adapter à la variabilité et à la dispersion de l'offre (mise en oeuvre, exploitation). Dans cette perspective, la première étape de ces travaux de thèse consiste à concevoir un méta-modèle de l’environnement du procédé (acteurs, services, contexte, objectifs et performance). Un second méta-modèle est ensuite proposé pour représenter la connaissance sur les procédés décrits dans la littérature. Sur la base des résultats précédents, la troisième étape s’intéresse à la création d'un algorithme de déduction de la chaîne de transformation de la matière, intégrant les services logistiques nécessaires à sa bonne réalisation. Cet algorithme a donné lieu à la réalisation d’une preuve de concept logicielle. L’usage de ce cadre méthodologique et outillé sera illustré dans le cas de la transformation de la biomasse, à l’aide de données réalistes. En effet, le bioraffinage est l’une des principales voies proposées pour mener la transition énergétique. Cependant, le système actuel de traitement de la biomasse, figé et hautement spécialisé, doit faire face à une grande variabilité en raison de plusieurs contraintes internes et externes (qualité, quantité, pureté, etc.). Pour faire face à cette instabilité, il est nécessaire de faire preuve d'agilité tant en termes de procédé de transformation que d’acteurs et de réseaux logistiques