In this project, the cycle time concept in supply chain is introduced. Considered as in important metric, the cycle time should be well evaluated and compressed. The cycle time estimation and improvement are the main purpose of this work. To identify time delay problems, the dynamic system's modeling methods are explained. Among the set of methods, the value stream mapping (VSM) will be selected as the diagnostic methodology because of its simplicity, its ease on use and its ability to present simultaneously the material and the information flow. An application of VSM methodology in drying and planing process is realized in sawmill. Many time delay problems are detected mainly maintenance management. An assessment and relevance analysis are then realized. The information availability was the main problem in data collection which directly affects the diagnostic ability to describe the current state. / Dans ce mémoire, le concept de temps de cycle pour les réseaux de création de valeur est introduit. 11 s'agit d'un indicateur de performance particulièrement important dont l'évaluation et la réduction constituent l'objectif principal de ce projet. Les principales méthodes utilisées pour la modélisation des flux de matière et d'information sont examinées. Le but étant d'identifier les sources de gaspillage, l'approche VSM (Value Stream Mapping) pour la cartographie des processus est retenue comme outil principal de diagnostic. Ce choix est, principalement, justifié par sa simplicité, son efficacité et sa capacité de bien analyser le processus. Une application de l'approche VSM pour la cartographie des processus de sciage, de séchage et de rabotage est réalisée chez un partenaire. Plusieurs problèmes ont été détectés dont principalement la maintenance. Finalement, une application critique de l'application est réalisée; montrant la disponibilité de l'information comme une critère essentiel du succès de l'approche.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Ce mémoire traite de la conception d'un support reconfigurable pour l'industrie de l'automobile et plus particulièrement pour l'assemblage des blocs-moteurs. Le support reconfigurable est composé de quatre mécanismes de positionnement qui possèdent chacun trois degrés de liberté en translation. Ainsi, les quatre points d'appui du support peuvent être déplacés dans l'espace, ce qui permet d'accommoder plusieurs modèles de moteur différents. La clé de ce projet de recherche est l'utilisation de mécanismes parallèles pour le développement du support reconfigurable. En effet, les mécanismes parallèles ont le potentiel de fournir la rigidité et la précision de positionnement nécessaires. Le choix d'une architecture hybride pour le mécanisme de positionnement a été réalisé pendant la première phase du projet par Nicolas Bouchard. Cette deuxième phase du projet met l'accent sur les mécanismes de blocage du mécanisme de positionnement. Ces mécanismes sont importants car le mécanisme de positionnement doit posséder une rigidité et une précision élevées lorsqu'il n'est pas en mouvement. Ce mémoire présente trois mécanismes de positionnement qui utilisent des appareils de blocage différents. D'abord, une analyse de sensibilité aux jeux dans les articulations est effectuée sur le premier design qui utilise des leviers et des cames pour le blocage du mécanisme. Ensuite, des exemples de support reconfigurable complet sont montrés avec le deuxième design qui utilise des anneaux de serrage pour le blocage du mécanisme pour trois modèles de moteur spécifiques. Finalement, des analyses théoriques, des simulations et des tests expérimentaux sont réalisés sur le troisième design qui possède un blocage et un déblocage automatisés. Le support reconfigurable utilise ce dernier concept comme mécanisme de positionnement.

Les politiques récentes de développement durable en vigueur dans la majorité des pays requièrent des améliorations significatives dans la performance des systèmes de génération d'énergie d'aujourd'hui et ont encouragé fortement différentes études à travers le monde au cours des dernières années. Un champ d'intérêt particulier concerne l'optimisation de l'usage des carburants liquides, car ils sont responsables pour les émissions polluantes dans le monde de part les applications dans les moteurs à combustion interne et les brûleurs industriels étant ainsi des sources non renouvelables d'énergie primaire. Cependant, les complexités inhérentes aux phénomènes qui gouvernent chaque partie du processus de la combustion demandent encore une meilleure compréhension. Entre ces complexités, la qualité de l'atomisation des carburants liquides joue un rôle major du point de vue de la performance thermodynamique et le niveau des émissions polluantes dans le processus de combustion. Néanmoins, le mécanisme de formation des aérosols n'est pas encore parfaitement compris. Un autre aspect qui demande des études plus approfondies pour une meilleure compréhension est la connaissance des caractéristiques d'évaporation de la phase discrète dans un environnement convectif. Au cours des dernières années, des études expérimentales ont démontré l'importance de la compréhension des aspects fondamentaux inhérents aux systèmes complexes en supportant l'amélioration de la précision des modèles théoriques implémentés dans les codes de simulation numérique. La présente étude est consacrée à améliorer la compréhension du processus d'atomisation pour un carburant liquide, par le développement de méthodologies plus rationnelles pour mesurer les tailles des gouttelettes dans des aérosols, pour prédire la performance d'atomiseurs de liquides et pour déterminer les caractéristiques de l'évaporation de gouttelettes liquides. Avec ces objectives les méthodes suivantes ont été proposées: i. Détermination de la taille minimale requise par un échantillon pour la caractérisation d'un aérosol, ii. Technique non-intrusive pour mesurer le taux d'évaporation des gouttelettes de carburants liquides, iii. Fonction général pour caractériser la taille de gouttelettes dans des aérosols selon le système Pearson, iv. Développement d'une corrélation pour la distribution du SMD dans un plan axial de l'aérosol, et v. Perfectionnement du modèle d'atomisation à utiliser dans des codes de modélisation numérique en fluide. Les résultats pratiques obtenus ont été utilisés pour déterminer les positionnements et conditions opérationnelles optimales, ainsi que le mode d'injection le plus approprié à être utilisé pour le prototype expérimental du moteur à détonation puisée qui a été développé par le Groupe de la Propulsion du centre de Recherche pour la Défense et Développement du Canada - Valcartier. Néanmoins, les résultats peuvent être utilisés d'une façon plus générale pour supporter la validation de codes de modélisation numérique et le projet de chambres de combustion industrielles.

Cette thèse aborde le problème de l'identification et de la gestion des stocks de pièces de rechange de systèmes dont les caractéristiques opératoires se dégradent avec l'âge et avec l'usage. Le besoin d'avoir des stocks de pièces de rechange est dicté par la nécessité d'assurer une continuité de service à des équipements assujettis à des défaillances accidentelles. Toute interruption prolongée peut, en effet, se révéler coûteuse. L'objectif est donc de proposer une démarche globale de gestion des stocks de pièces de rechange en présentant les modèles et les outils d'aide à la décision qui permettront au preneur de décision de répondre aux questions suivantes : quelles pièces tenir en stock ? Quand et combien de ces pièces faut-il commander ? Que faire avec les pièces de rechange reçues ? Faut-il faire les remplacements préventifs à la réception des pièces ou attendre la panne ? Comment s'assurer de disposer des pièces requises tout en respectant le budget alloué ? Une démarche basée sur l'indice de criticité est élaborée pour identifier les composants pour lesquels des pièces de rechange sont requises. Plusieurs méthodes de détermination des besoins en pièces de rechange sont proposées dans les cas où les lois de dégradation ou l'historique de consommation sont connus. La simulation est aussi présentée comme un outil valide et particulièrement intéressant dans les cas où les processus de consommation et de réparation des pièces sont complexes. Après une revue des principales politiques de gestion des stocks, des stratégies conjointes de maintenance et d'approvisionnement des pièces sont analysées. Une stratégie conjointe pour la maximisation de la disponibilité sous des contraintes budgétaires est développée. Le recours aux pièces reconditionnées est aussi considéré et les conditions de leur utilisation efficiente sont dérivées. Finalement, nous étudions diverses initiatives de gestion des stocks de pièces de rechange qui intègrent l'utilisation des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Cette recherche a débouché sur plusieurs contributions intéressantes dans le domaine de la gestion des stocks de pièces de rechange et de la récupération des équipements en fin de vie. Un des nombreux outils et modèles développés est en phase finale de validation sur un poste pilote. Plusieurs extensions des modèles développés sont aussi envisagées.

L'objectif du projet de recherche est de connaître le potentiel du piézocomposite MFC™ en tant qu'élément actif pour compenser les déformations induites thermiquement dans les structures composites. Un modèle numérique 3Dest donc développé à l'aide du logiciel de modélisation par la méthode des éléments finis ABAQUS afin de prédire la forme résultante des structures activées par l'actuateur MFC™. Afin d'utiliser le modèle, les propriétés élastiques et thermiques de l'actuateur sont estimées dans les plans 1-3 et 2-3 puisque les propriétés élastiques et thermiques sont données par le manufacturier seulement pour le plan 1-2. Par la suite, les coefficients d'expansion thermique et les coefficients de déformation piézoélectrique de l'actuateur sont mesurés. Une fois les propriétés de l'actuateur connues, sa capacité à déformer une structure simple est étudiée. La déflexion d'une plaque d'aluminium et d'une plaque composite [O4] induite par l'actuateur MFC™ lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à ses bornes sont prédites par le modèle numérique. L'essai est ensuite reproduit expérimentalement. Finalement, la possibilité d'utiliser l'actuateur MFC™ afin de compenser les déformations thermiques dans les structures composites est étudiée. Pour ce faire, une plaque composite [0/90/90/90]T sur laquelle deux actuateurs MFC™ sont collés est modélisée dans le logiciel ABAQUS. Cette plaque est par la suite fabriquée et les résultats obtenus pour le modèle numérique et l'essai expérimental sont comparés. L'actuateur MFC™ peut compenser la déformation d'une plaque [0/90/90/90]T induite par une changement de température de 10°C. Le modèle éléments finis développé prédit précisément le comportement d'une structure simple activée par l'actuateur, mais est moins précis dans la prédiction de la forme résultante d'un composite [0/90/90/90]T soumis à un chargement thermique et activé par l'actuateur MFC™.

En télémédecine aussi bien qu'en téléchirurgie, où les délais de communication entre l'opérateur et le patient sont trop importants pour percevoir le retour d'effort en temps réel, il est crucial de développer des outils intelligents autonomes capables de s'adapter aux changements locaux de géométrie et aux perturbations d'efforts. Dans ce mémoire, il est proposé de développer un nouveau préhenseur capable d'une prise autonome sur des objets de tout acabit. La pierre angulaire de ce nouveau préhenseur miniature est l'utilisation du sous-actionnement pour limiter le nombre d'actionneurs et l'utilisation d'articulations flexibles pour faciliter la miniaturisation du principe. Le bon fonctionnement du mécanisme repose sur une définition appropriée des critères de performance, sur un modèle mathématique juste et sur une optimisation adéquate.

Ce travail constitue la première étape d'un projet ayant pour but d'élaborer un robot bipède au Laboratoire d'Automatisation Complexe et de Mécatronique de l'Université Laval. Pour débuter, une approche théorique visant à modéliser dynamiquement un bipède plan est choisie. L'objectif spécifique de ce travail est de développer un programme de simulation calculant les efforts impliqués dans la marche d'un bipède effectuant une trajectoire donnée. L'architecture choisie pour représenter le bipède comporte neuf degrés de liberté avec six articulations et sept liens. Ce mémoire présente le développement des équations cinématiques et dynamiques du bipède selon la formulation de Newton-Euler. Ces équations ont été implantées dans un programme Matlab qui a ensuite été validé par des simulations comparatives avec le logiciel Adams. Les résultats de deux simulations montrent que des améliorations sont nécessaires au niveau de la génération des trajectoires de marche et de l'algorithme de calcul en phase de double support.

Les systèmes complexes interviennent dans de nombreux secteurs d'activité du domaine industriel tels que la mécanique, l'électromécanique, la thermique, l'aérospatiale, la robotique, la biotechnologie, etc., L'asservissement de ces systèmes fait une partie importante des préoccupations actuelles des grandes unités de recherches en automatique et automatisation des procédés industriels à l'échelle internationale. Dans cette étude, une plate forme allant de la modélisation à la base de la commande automatique en temps réel a été développée et mise en ouvre pour ces systèmes. Une nouvelle approche de modélisation numérique des systèmes complexes en vue de leur commande en tempe réel a été proposée et formulée. En se basant sur l'exploitation des Fonctions Opératoires (FOs), le but de cette approche est d'adapter la structure et la paramétrisation du Modèle Interne (MI) ou de connaissance au processus de commande en temps réel. Ces fonctions ont été conçues pour qu'elles deviennent des outils efficaces pour l'estimation d'état et la prédiction des paramètres de la commande. Autrement dit, elles contiennent les informations nécessaires sur le système (caractère non linéaire, changement de phase, interaction interne, etc.) et sur le processus de commande (paramètres de la commande, perturbation, etc.). Un algorithme original d'identification et d'identification en ligne des modèles paramétriques multivariables dans des espaces multidimensionnels a été conçu et incorporé dans la plate-forme. Les contributions majeures de ce nouvel algorithme sont l'identification paramétrique, l'optimisation non linéaire, l'optimisation sous contraintes et l'incertitude paramétrique. Ses performances principales sont la configuration du réseau d'acquisition des données, la minimisation du temps de calcul et la grande précision. Cet algorithme peut être efficacement utilisé pour l'identification et l'ajustement des modèles multivariables avec un grand nombre de paramètres, les modèles de grandes incertitudes etc. Une nouvelle approche appelée Familles des Solutions Dynamiques (FSDs) a été développée comme base de la commande automatique en tempe réel des systèmes complexes. En se basant sur l'utilisation du MI identifié, nous avons conçu une nouvelle technique pour le développement des familles de trajectoires (cibles), des FOs (modèles) et des paramètres de la commande. Une banque mble de données cibles a été créée autour de l'état réel du System asservi pour une estimation d'état en ligne et une future prédiction de la commande automatique en temps réel. Ces familles sont caractérisées par leur stabilité exponentielle (asymptotique), convergence spatiotemporelle et la haute précision. Les FSDs constituent une base complète pour la commande à paramètres répartis et font une approche prometteuse dans le futur de l'automatique et l'automatisation des systèmes industriels de haute performance. / The complex Systems are implied in several modem industrial sectors such as mechanical engineering, mechatronic, aerospace, robotic, thermal engineering, chemical and nuclear engineering, biotechnology, etc. The real time control of these Systems is making the current interests of the advanced international research teams in the automatic and automation of industrial processes. In this thesis, a complete network of the numerical modeling, identification and online identification for a basis of real time automatic control of complex Systems was developed, implemented and tested. A new approach of numerical modeling for the real time control of complex Systems was proposed and formulated. Basing on the use of Operating functions (OFs) and the measures, the aim of this approach is to adapt the structure and the parameterization of the mathematical model or Internal Model (IM) to the real time control process. The OFs were conceived in order to become effective tools of the state estimation and the control prediction. In other words, these functions contain necessary information about the controlled System (nonlinear character, internal interaction, etc.) and the control process (control parameters, disturbances, etc). An original algorithm of identification and online identification of the multivariable models in multidimensional spaces was conceived and incorporated in the network. The major contributions of this algorithm are the online identification, nonlinear optimization, optimization under constraints and parametrical uncertainty. Its principal performances are the fast convergence, the minimal Computing time and the high precision. This algorithm is effectively used for the identification and adjustment of multivariable models, models with a great number of parameters and the models with a high uncertainty. A new basis called the Dynamic Families of Solutions (DFSs) was developed for the real time automatic control of the complex Systems. Using the identified IM, we have conceived a new technique for the development of complete families of tracking trajectories (targets or references) with the corresponding OFs (models) and the necessary control parameters (inputs). These families are characterized by the exponential (asymptotic) stability, fast convergence and high precision. The DFSs were developed as a complete basis for the real time automatic control of complex Systems and they constitute a promising approach in the automatic and automation of the industrial complex Systems such as the distributed parameter control.

Dans ce travail, nous considérons un système multi-états série-parallèle dont les composantes sont sujettes à des réparations minimales et à des actions de maintenance préventive imparfaite. Le système peut avoir différents niveaux de performance, allant d'un fonctionnement parfait à une défaillance complète. Les composantes peuvent être en opération ou hors d'usage. La fiabilité d'un système multi-états est définie par sa probabilité de satisfaction d'une demande donnée. La fiabilité de chaque composante est caractérisée par sa fonction de hasard. Chaque action de maintenance préventive conduit à une réduction de l'âge effectif de l'équipement. Elle est caractérisée par son coefficient de réduction d'âge et par son coût. L'objectif consiste à planifier des actions de maintenance préventive pendant la durée de vie du système multi- états, de façon à minimiser le coût total moyen de maintenance, sous une contrainte de fiabilité. Il s'agit d'un problème d'optimisation combinatoire qui a été auparavant formulé et résolu par les algorithmes génétiques dans [47]. Dans ce travail, ce problème est résolu en utilisant une méthode heuristique basée sur le méta-heuristique des colonies de fourmis. Inspirée par les études sur le comportement des fournis réelles, cette méthode possède plusieurs caractéristiques intéressantes et constitue une approche intéressante pour résoudre les problèmes d'optimisation de la fiabilité. Une technique à base de la fonction de génération universelle est implémentée pour évaluer la fiabilité du système multi-états. En combinant la technique de la fonction de génération universelle et l'optimisation par colonies de fourmis, l'algorithme proposé permet d'obtenir efficacement une séquence quasi-optimale des actions de maintenance. L'approche développée et testée dans ce travail constitue une alternative intéressante pour la résolution du problème d'optimisation de la maintenance préventive imparfaite pour les systèmes multi-états. Des exemples numériques de la détermination de plans quasi-optimaux de maintenance préventive sont également présentés. / In this work, we consider a series-parallel multi-state System composed of elements subjected to minimal repair and imperfect preventive maintenance actions. The System has a range of performance levels from perfect functioning to complete failure. Components may experience two possible states: good and failed. Multi-state System reliability is defined as the System ability to satisfy given demand. The reliability of each element is characterized by its hazard function. Each preventive maintenance action may affect the effective age of equipment, and is characterized by its age reduction coefficient and cost. The objective is to determine a minimal average cost plan of preventive maintenance actions during multi-state System lifetime, under the constraint of providing a required level of System reliability. This is a combinatorial optimization problem which has been previously formulated and solved by genetic algorithms in [47]. In this work, this problem is solved by using a heuristic based on ant colony meta-heuristic. Inspired by studies on the behaviour of real ants, this method has many interesting characteristics and approaches for solving reliability optimization problems. A universal generating function technique is implemented to evaluate System reliability. By combining the use of the universal generating function technique and ant colony optimization, the proposed algorithm obtains efficiently quasi-optimal sequence of maintenance actions. The approach developed and tested in this work constitutes an interesting alternative approach to solve the imperfect preventive maintenance problem for multi-state Systems. Numerical examples of the determination of quasi-optimal preventive maintenance plans are also presented.

Dans le présent mémoire, on s'intéresse à l'effet de l'architecture d'un matériau sur sa résistance thermique. Une plaque chaude est refroidie par un empilement de couches poreuses au travers desquelles circule un fluide caloporteur. L'écoulement est généré par une différence de pression prédéterminée. Le problème consiste à déterminer une porosité optimale ainsi qu'un matériau pour chacune des couches du système de refroidissement afin de minimiser la température critique de la plaque (résistance thermique), sous des contraintes de masse et de coût. Un modèle numérique basé sur les volumes finis est combiné à un algorithme génétique (AG) afin d'optimiser l'architecture du système. L'architecture, ou la structure interne, est le fruit d'une optimisation, sous des contraintes globales. Le matériau optimal assigné à chacune des couches poreuses est déterminé par l'AG -pas prédéterminé- et est choisi dans une banque de quatre matériaux. L'AG élimine les couches poreuses qui ne contribuent pas au refroidissement de la plaque chaude et optimise par le fait même la dimension du système. Les résultats indiquent que plus de matière solide devrait être utilisée à proximité de la plaque chaude (distribution de porosité non uniforme). Plusieurs configurations quasi-optimales sont trouvées dans le domaine d'exploration de l'algorithme. / In this work, we address the fundamental problem of how to arrange fluid flow and solid material for minimal thermal resistance. A heat-generating board is cooled by a stack of porous layers through which a coolant flows. The stream is generated by a fixed pressure drop. The problem consists in determining the optimal porosity and material of each layer for minimizing the hot spot temperature (thermal resistance), under global mass and cost constraints. We combine a genetic algorithm (GA) toolbox with a finite volume program to optimize the design. The shape and structure of the System emerge from the global optimization, under global constraints. The optimal material to use in each layer is determined by the GA -not assumed- and is chosen from a database of four materials. The GA eliminates layers that do not contribute to the overall performance and therefore optimizes the size of the stacking. The results indicate that more solid material should be used closer to the hot plate (non-uniform distribution). Several nearly optimal configurations are found in the design space.