Le contexte incertain des marchés actuels a contribué au développement des systèmes manufacturiers, donnant lieu à des systèmes ayant des principes et des fonctionnalités multiples, qui essayent de répondre aux exigences changeantes. Les systèmes manufacturiers reconfigurables (RMS) constituent une classe des systèmes où les machines, les composants des machines ainsi que le système de manutention peuvent être ajoutés, modifiés, supprimés ou échangés selon les besoins de la production. Un RMS combine le haut débit des systèmes manufacturiers dédiés avec la flexibilité des systèmes flexibles. Le principal composant d'un RMS est la machine reconfigurable (RMT) qui possède une structure qui permet sa reconfiguration. Nous consacrons ce travail au problème de génération des plannings de fabrication dans un RMS, en exploitant au mieux les hauts degrés de reconfigurabilité des RMTs pour proposer des plannings efficaces. Trois problèmes liés à la fonction de génération des plannings de fabrication sont considérés : (1) la génération des process plans dans un cas unitaire où nous avons adaptés des techniques d'optimisation multicritère (NSGA-II et AMOSA), (2) la génération des process plans dans le cas multiunité où une optimisation basée sur la simulation a été adaptée, et (3) l'intégration des fonctions de génération des process plans avec l'ordonnancement où nous avons développé une nouvelle heuristique permettant d'effectuer cette intégration Toutes les approches proposées ont été validées par des expériences numériques, démontrant leur applicabilité et efficacité / The uncertain context of current markets has contributed to the development of manufacturing systems, resulting in systems with different features and principles, trying to meet the changing market demands. Reconfigurable manufacturing system (RMS) is a recent class of systems where machines, machine components and the handling system can be added, modified, deleted or exchanged according to the production needs. RMS combines the high throughput of dedicated manufacturing systems with the customizability of flexible systems. The main component of an RMS is the reconfigurable machine (RMT: Reconfigurable Machine Tool) which has a structure that allows reconfiguration. We focus in this work on CAPP (Computer-Aided Process Planning) to generate effective the process plans in an RMS that take advantage of the high degree of RMT reconfigurability Three problems associated with the function process planning are discussed: (1) the generation of process plans for a single-unit case, where we adapted multi-criteria optimization techniques (NSGA-II, AMOSA) (2) the generation of process plans in the multi-unit case, where we developed simulation based optimization technique, and (3) the integration of process planning and scheduling functions, where we developed a new heuristic aiming to achieve this integration. All the proposed approaches have been validated by numerical experiments, demonstrating their applicability and effectiveness

- / -

The competition in the global market is accelerating rapidly because of less technological gap, matured manufacturing level, and various changing customer needs. Increasingly customers choose products in terms of experience desires, psychological desires and whether the products can reflect their values, in addition to the main product functions. Moreover, there are a large number of small and medium sized manufacturing companies in the developing countries. OEM (Original Equipment Manufacturer) and simple mass production cannot generate good value for these manufacture companies, and they have been seeking new opportunities to create higher value for their products/services and satisfy different needs of customers. Mass customization is one of the main business forms in the future, which can best meet the needs of individual customer, especially psychological needs. The key to mass customization is to provide enough modules to meet individual needs with a limited cost increase. The problem has been how to identify the real user needs and individual differences. The purpose of this research is to develop a sound design methodology based upon the current product design theories and practices for future product innovation and sustainable growth of small and medium sized manufacturing enterprises. The research focuses on the user-product cognitive behaviours and the relationship between human attributes and product features. Orthogonal experiment, eye tracking technology and artificial neural network have been successfully applied in this research. The research has developed a user needs hierarchy model and added value hierarchy model, and a robust theoretical basis to predict and evaluate (individual) user needs for product design. The research has further made the following contributions: 1) The relationship between human attributes and product features has been established, which can help designers understand the differences of various customer groups; 2) The different effects of various influence factors on people’s cognition and preference choice based on vision have been analysed and discussed; 3) A new method to identify, cluster, and combine common needs and personalized needs in early design stage for mass customization has been developed; 4) The research results can be reused in the future design of the same or similar kind of products.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η πιλοτική υλοποίηση μιας μεθοδολογίας προσομοίωσης διαδικασιών συναρμολόγησης, για τον έλεγχο εργονομικών αποτελεσμάτων, με χρήση τεχνικών Εικονικής Πραγματικότητας. Το σύστημα που αναπτύχθηκε επιτρέπει: • Την εκτέλεση διαδικασιών συναρμολόγησης σε εικονικό περιβάλλον, υπό συνθήκες που επιτρέπουν μια ρεαλιστική εποπτεία του περιβάλλοντος και της διαδικασίας, ανάλογες των πραγματικών • Την ποιοτική εκτίμηση παραμέτρων που αφορούν στον ανθρώπινο παράγοντα, όπως η αντίληψη του περιβάλλοντος εργασίας, η δυνατότητα πρόσβασης και χειρισμού των εξαρτημάτων και εργαλείων • Την ποσοτική εκτίμηση χαρακτηριστικών που έχουν σχέση με τον ανθρώπινο παράγοντα, και θεωρούνται κρίσιμα για την εκτέλεση της διαδικασίας, όπως η ικανότητα ανύψωσης φορτίων, η καταναλισκόμενη ενέργεια και ο συνολικός χρόνος της διαδικασίας. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή στα προβλήματα και τη σπουδαιότητα του εργονομικού σχεδιασμού και ελέγχου παραγωγικών διαδικασιών, στον οποίο εστιάζει η εργασία, και περιγράφεται το αντικείμενό της και η ερευνητική συμβολή της στην αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Στη συνέχεια, γίνεται η ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, με αναφορά στην τεχνολογία Εικονικής Πραγματικότητας, τις μεθόδους, τα λογισμικά συστήματα και τις εφαρμογές που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται τα τελευταία χρόνια για την προσομοίωση και τον εργονομικό έλεγχο παραγωγικών διαδικασιών. Ακολουθεί η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας με την οποία προσεγγίζεται το πρόβλημα σχεδιασμού και ελέγχου εργονομίας σε διαδικασίες συναρμολόγησης. Γίνεται η ανάλυση των επιμέρους χαρακτηριστικών της, που περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά αναπαράστασης, αλληλεπίδρασης και προσομοίωσης. Στη συνέχεια περιγράφονται τα εργαλεία ανάπτυξης και η λογική υλοποίησης του περιβάλλοντος προσομοίωσης, το οποίο αποτελεί την πιλοτική υλοποίηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Η χρήση της νέας προσέγγισης, η παρουσίαση και η αξιολόγηση των εργονομικών αποτελεσμάτων παρουσιάζεται μέσα από μια σειρά πειραμάτων εκτέλεσης της πιλοτικής εφαρμογής. Τέλος, εξάγονται βασικά συμπεράσματα από τα αποτελέσματα της εργασίας, παρουσιάζονται τα πεδία εφαρμογής της προτεινόμενης προσέγγισης, καθώς και οι προοπτικές μελλοντικής εξέλιξής της. / The objective of the thesis is the development and the pilot implementation of a methodology for the simulation of assembly processes, in order to support the verification of human related factors, using Virtual Reality techniques. The developed system enables: • The virtual execution of assembly processes, under conditions that allow a realistic monitoring of environment and process, • The qualitative evaluation of human-process related factors, such as the perception of the working environment, the reachability of mounting locations, and the handlability of product components and tools, • The quantitative estimation of human-process characteristics related to critical performance issues, such as lifting capacity, energy expenditure and process cycle time. As an introduction, the industrial problems and the importance of confrontation of ergonomic design and verification of manufacturing processes, on which this work focuses, are presented. The objectives of the research work and the innovation aspects of the proposed approach are then described. In the sequel, state-of-the-art VR technology is reporting, including presentation of the basic methods, software tools and applications that have been developed and used during the last years for the simulation and the ergonomic control of manufacturing processes. The presentation of the proposed methodology, with which the problem of ergonomic design and verification of assembly processes is approached, follows. The proposed methodology is described through its Virtual Reality based features, namely representation, simulation, immersion and interaction. The development tools and the simulation concept of the virtual environment are then described. The assembly/ergonomic virtual environment is an integrated simulation environment developed in the context of this research work, as the pilot implementation of the proposed methodology. The use of the new approach, the presentation and the evaluation of the ergonomic results are illustrated through a set of experiments based on the pilot application. Finally, important conclusions are exported from the above results, while application fields and future work prospects are presented.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται περιγραφή του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος της Πατραϊκής Χαρτοποιίας αποτελούμενο από κινητήρες συνεχούς ρεύματος για την παραγωγή χαρτιού "tissue". Επίσης παρουσιάζεται η σχεδίαση συστήματος καταγραφής βλαβών σε περιστρεφόμενες μηχανές μέσω της ανάλυσης φάσματος κραδασμών στο πλαίσιο της εφαρμοσμένης μεθόδου παρακολούθησης κραδασμών της προβλεπτικής συντήρησης. / In the current diploma thesis takes place a description of the electric motor drive system of Patraikh Xartopoiia which consist of direct current machines for the production of tissue type paper. Furthermore the design of damage recording system in rotating motors through vibration analysis is presented in the line of vibration monitoring applied method.

- / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται τμήμα ενός αυτοματισμού μιας βιομηχανικής διεργασίας. Πιο συγκεκριμένα, αφορά το γέμισμα φιαλών και την εποπτεία τους. Για τον έλεγχο του αυτοματισμού χρησιμοποιείται ένας προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC) της σειράς SIMATIC S7 300 της Siemens, ενώ η εποπτεία θα γίνεται μέσω Ηλεκτρονικού Υπολογιστή και της εφαρμογής LABVIEW 2009 με την χρήση του NI OPC Servers της National Instruments. Για να ξεκινήσει η κάθε παρτίδα παραγωγής, ο χειριστής οφείλει να εκτελέσει τις εξής ενέργειες : 1) Να ελέγξει αν έχει στάθμη το tank. 2) Να τοποθετήσει φιάλες στο αστέρι. 3) Πιέζει το reset (μπλε μπουτόν), το μηχάνημα είναι έτοιμο και βρίσκεται σε κατάσταση standby. 4) Πιέζει το start (πράσινο μπουτόν), το μηχάνημα είναι ενεργοποιημένο και αρχίζει το γέμισμα. Στο πρώτο μέρος της γραπτής εργασίας, κεφάλαιο 1, κεφάλαιο 2, γίνεται μία εισαγωγή στα PLCs όσον αφορά την εγκατάσταση, διαμόρφωση, δομή, τον προγραμματισμό και τη λειτουργία τους. Οι βασικές αρχές που αναφέρονται ισχύουν σε γενικές γραμμές για όλα τα PLCs, αλλά οι αναφορές είναι στοχευμένες στη σειρά S7-300 της Siemens μια και αυτός είναι ο τύπος του PLC με το οποίο έχει υλοποιηθεί το πρακτικό μέρος της ειδικής επιστημονικής εργασίας. Στο δεύτερο μέρος, κεφάλαιο 3, κεφάλαιο 4, κεφάλαιο 5 γίνεται αναφορά στον προγραμματισμό και τη διαμόρφωση του PLC, μέσω του λογισμικού πακέτου STEP-7 – Simatic Manager. Στο τρίτο μέρος, κεφάλαιο 6, κεφάλαιο 7, κεφάλαιο 8 γίνεται αναφορά στον προγραμματισμό και τη διαμόρφωση του HMI, μέσω του λογισμικού πακέτου LABVIEW 2009 και την χρήση του NI OPC Servers της National Instruments. / In this thesis it is presented a part of an automatism of industrial process. More specifically it has to do with the filling of bottles and their supervision. For the test of the automatism it is used a programming logic control (PLC) of the series SIMATIC S7-300 of Siemens while the check will be done via both a PC and the application of Labview 2009 by the use of NI OPC servers of National Instrument. In order to begin every part of production , the operator has to carry out the following actions: 1) To check if the tank has the right level. 2) To put the bottles to the star. 3) To press the reset (the blue button) the machine is ready and is placed in the standby situation. 4) To press the start (green button), the machine is in function and the filling is starting. In the first part of this thesis, in unit 1, unit 2, is made an introduction for PLC as far as the installation is concerned, the formation, the structure the programming and their functions. The basic principles which are being referred are in force generally for the all PLC, but the references are aimed in the series S7-300 of Siemens, as this is the main type of PLC by which the practical part of this thesis has been created. In the second part, in unit 3, unit 4, unit 5, is made a mention the programming and the formation of PLC, through the software Step 7 Simatic Manager. In the third part, unit 6, unit 7, unit 8 is made a mention on the programming and the formation of HMI, through the software Labview 2009 and the use of NI OPC Servers of National Instruments.

Η διπλωματική αυτή εργασία, συνίσταται στην μελέτη των αυτοματισμών παραγωγής της διαδικασίας επεξεργασίας γάλακτος στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. καθώς και στη συλλογή δεδομένων και τον εποπτικό έλεγχο αυτής. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε εξαρχής η αυτοματοποίηση και η ανάπτυξη συστήματος SCADA του βιολογικού καθαρισμού της πιο πάνω βιομηχανίας. Για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας, ήταν αναγκαία η τετράμηνη πρακτική εργασία μου στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. από τις 1-7-2011 έως τις 31-10-2011, γεγονός που μου επέτρεψε να συλλέξω τα απαιτούμενα στοιχεία για την αναλυτική περιγραφή των διαφόρων σταδίων της παραγωγικής διαδικασίας. Η αυτοματοποίηση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός PLC και ενός συστήματος SCADA. Στην πρώτη φάση υλοποίησης της διπλωματικής εργασίας, προγραμματίστηκε ένα PLC το οποίο θα αναλάμβανε τον κυρίως έλεγχο της εγκατάστασης μετρώντας όλα τα χρήσιμα για τον έλεγχο μεγέθη (στάθμη δεξαμενών, ρεύμα κινητήρων, pH κλπ) και αντιδρώντας αντίστοιχα σε κάθε μεταβολή των μεγεθών αυτών. Η δεύτερη φάση, περιελάμβανε την ανάπτυξη ενός συστήματος SCADA για την εποπτεία και την παρακολούθηση της εγκατάστασης. Για να μπορέσει αυτό το σύστημα να αναλάβει το έλεγχο της εγκατάστασης, το PLC και το SCADA επικοινωνούν μέσω ενός δικτύου MPI, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η συνεχής ενημέρωση της εκάστοτε συσκευής για τις αλλαγές που πραγματοποιούνται στην άλλη. Έτσι, σχεδιάστηκε ένα σύστημα SCADA, το οποίο δίνει τη δυνατότητα στο χειριστή να επεμβαίνει στο σύστημα και να μπορεί ανά πάσα στιγμή να γνωρίζει οποιαδήποτε πληροφορία χρειάζεται για την εγκατάσταση με τον ευκολότερο δυνατό τρόπο. / -

Un système est souvent caractérisé par plusieurs modes de fonctionnement, chacun pouvant alors être décrit par un modèle qui lui est propre. Dans le cas où la commutation entre les modes de fonctionnement résulte d'un processus inconnu (un défaut, un changement de condition,...), il est difficile de manipuler ces systèmes et d'appliquer les commandes appropriées. Cette thèse traite du problème de la détection du changement de mode d'un système. A partir d'un système partiellement supervisé (connaissance du nombre de mode de fonctionnement du système ainsi que de la structure du modèle représentant chaque mode), une méthode est développée pour détecter le mode de fonctionnement actif du système à chaque instant. Pour cela, l'analyse du gradient des résidus obtenu par la multiplication des modèles locaux entre-eux, permet de caractériser le mode de fonctionnement. Une application de cette méthode est réalisée sur des données simulées et réelles de coulée continue de l'acier, afin de détecter un phénomène particulier : le collage. Finalement, une méthode par rejet de mode est mise en place sur des données réelles thermiques dans le même but (la détection des collages en lingotière de coulée continue) / Most of time a system is characterized by few operating modes, each of them could be describe by a model. In the case of the commutation between each operating mode is due to unknown process (fault, changing in condition,) it could be difficult to operate with this system and used the appropriate commands. With a partially supervised system (knowing of number of operating mode and model structure that represent each mode), a method is developed to detect the active operating mode at each time. Indeed, the analyses of the residual gradient, that obtain by product each local model together, permit to characterize the operating mode. Application of this method is presented with simulated data and industrial data of continuous casting to detect a particular phenomenon: the sticker. Finally, a rejection mode method is used on industrial thermal data in the same aim (detection of stickers in continuous casting)

L'environnement manufacturier moderne est face à un bouleversement de paradigmes nécessitant plus de changeabilité au niveau physique et logique. Un système manufacturier Changeable est défini comme un système de production ayant les capacités de faciliter les changements adéquats, permettant d'ajuster ses structures et ses processus en réponse aux différents besoins. Dans ce contexte, les systèmes manufacturiers doivent se doter d’un très haut niveau de reconfigurabilité, qui est considérée comme l’un des facteurs majeurs du concept de changeabilité. En effet, dans la vision de l'Usine du Futur, la reconfigurabilité est essentielle pour s'adapter efficacement à la complexité croissante des environnements manufacturiers. Elle assure une adaptation rapide, efficace et facile de ces systèmes tout en étant réactif, robuste et économiquement compétitif. L’objectif est de répondre aux nouvelles contraintes internes et externes telles que la globalisation, la variété des produits, la personnalisation de masse ou le raccourcissement des délais. À travers cette thèse, nous étudions la problématique de conception des systèmes manufacturiers reconfigurables (Reconfigurable Manufacturing System – RMS). L’objectif consiste à concevoir des systèmes réactifs en se basant sur leurs capacités en matière de reconfigurabilité. Nous avons étudié ce problème sur trois niveaux : (i) le niveau des composantes, relatif aux modules des machines reconfigurables, (ii) le niveau des machines et leurs interactions, ainsi que l’impact de ces interactions sur le système et (iii) le niveau de l'atelier, composé de l'ensemble des machines reconfigurables. Nous avons développé pour chaque niveau, des indicateurs de performance afin d’assurer les meilleures performances du système conçu, tels que l’indicateur de modularité, l’indicateur de flexibilité, l’indicateur de robustesse et l’effort d'évolution d'un système reconfigurable. Pour l'ensemble des problèmes étudiés, nous avons développé des modèles d’optimisation multicritère, résolus à travers des heuristiques ou des métaheuristiques multicritères (comme le recuit simulé multicritère (AMOSA) et les algorithmes génétiques multicritère (NSGA-II)). De nombreuses expériences numériques et analyses ont été réalisées afin de démontrer l’applicabilité de nos approches / The modern manufacturing environment is facing a paradigm shift that require more changeability at physical and logical levels. A Changeable Manufacturing System is defined as a production system that has the ability to facilitate the right changes, allowing the adjustment of its structures and processes in response to the different needs. In this context, manufacturing systems must have a very high level of reconfigurability, which is considered to be one of the major enablers of changeability. From the perspective of the “Factory of the future”, the reconfigurability is essential to effectively adapt to the ever-increasing complexity of manufacturing environments. It allows a rapid, efficient and easy adaptation of these systems while being responsive, robust and economically competitive. The objective is to respond to new internal and external constraints in terms of globalization, variety of products, mass customization, and shorter lead times. Through this thesis, we study the problem of design of reconfigurable manufacturing systems (RMS) that meets these requirements. The goal is to design responsive systems based on their key features of reconfigurability. We have studied the RMS design problem on three levels: (i) the level of the components, relating to the modules of the reconfigurable machines, (ii) the machine level and their interactions, as well as the impact of these interactions on the system and (iii) the workshop level composed of all the reconfigurable machines. We have developed for each level, performance indicators to ensure a better responsiveness and a high performance of the designed system, like the modularity index, the flexibility index, the robustness index and the layout evolution effort of a reconfigurable system. For each of the studied problems, we developed multicriteria optimization models, solved through heuristics or multicriteria metaheuristics (such as archived multi-objective simulated annealing (AMOSA) and multi-objective genetic algorithms (NSGA-II)). Numerous numerical experiments and analyzes have been performed to demonstrate the applicability of our approaches