Couplage de la modélisation énergétique à la simulation

Couplage de la modélisation énergétique à la simulation
dynamique des flux de production
Meriem KOUKI1,2, Pierre CASTAGNA1, Olivier CARDIN1, Céline CORNARDEAU2
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LUNAM Université, IUT de Nantes – Université de Nantes, IRCCyN UMR CNRS 6597, Nantes, France
{pierre.castagna}@univ-nantes.fr
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Techteam
50 rue Jean Zay 69800, Saint Priest, France
{ c.cornardeau }@fr-techteam.com
Mots-clés : Estimation énergétique, Simulation, systèmes de production.
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Introduction
Compte tenu de la restriction de ses sources, de son impact significatif sur l’environnement et
des coûts parfois abusifs qu’elle engendre, l'énergie est aujourd'hui au centre des préoccupations
industrielles, sociales et politiques dans le monde entier.
L’énergie semble donc devenir un enjeu stratégique sur toutes les échelles, comme prise de
conscience de ce coût mais aussi de son impact sur l’environnement qui n’est pas de moindre
importance. Ainsi, les entreprises industrielles ne sont plus en charge de respecter la qualité et les
délais produits seulement, mais elles sont aussi en charge de respecter les critères industriels
émergents, notamment la durabilité, par propre conscience ou par la pression politique croissante et
les nouvelles directives contraignantes en vue du respect de l’environnement.
L’une des pistes, pour améliorer l’impact énergétique de la production, est de revoir les modes
d’organisation en ajoutant aux objectifs « classiques » de l’ordonnancement de la production des
objectifs liés à la consommation énergétique. Pour cela, il faut dans un premier temps proposer des
modèles permettant de relier l’activité du système de production à sa consommation d’énergie.
C’est ce que nous proposons dans ce papier en décrivant une approche basée sur la simulation de
flux qui permettra, en plus des résultats liés à l’organisation industrielle, de connaitre le niveau
d’énergie consommée au cours du temps.
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Une approche basée sur la simulation de flux
Cette prise de conscience, alliée à un coût de consommation parfois lourd, a conduit de
nombreux efforts de recherche dans le sens de la réduction de la consommation énergétique en
mettant en œuvre différentes stratégies d’efficacité énergétique. Pour atteindre cette efficacité, une
modélisation fine et efficace est indispensable. Cependant, la modélisation du comportement
énergétique d’un système n’est pas simple en raison de son aspect dynamique élevé et nécessite
également une bonne compréhension des procédés, des machines, de l’organisation du système et
de ses différentes interactions. Pour faire avec ce dynamisme et relever ces challenges, la
Simulation à Evènements Discrets (SED) est une approche prometteuse.
Or, si les logiciels de simulation dynamique des flux proposent des analyses précises en
intégrant les pannes, les dysfonctionnements, les horaires et autres facteurs aléatoires ayant une
incidence directe sur la production, à ce jour, aucun d’entre eux ne propose d’outil spécifique
permettant l’analyse couplée des flux de production et des consommations énergétiques des
processus [1]. Ce travail est donc un effort pour coupler la modélisation de la consommation
énergétique avec la modélisation des flux de production dans un cadre de simulation intégrée qui
permet l’analyse et l’évaluation des indicateurs de performances classiques (productivité, coût,
charges,…) ainsi que des indicateurs d’efficacité énergétique dans le même cadre de simulation.
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Proposition d’une démarche méthodologique et d’un outil associé
Afin d’arriver à simuler l’activité d’un système de production tout en tenant compte de sa
consommation énergétique, une approche flexible et modulable a été développée. Cette approche
est basée sur les opérations liées aux flux de production et aux flux d’énergie et cherche à tenir
compte des interactions du système (machines, outils, opérateurs, environnement) et tous les
paramètres pertinents influençant la consommation énergétique. A ces opérations, nous proposons
d’associer des profiles de consommation énergétiques basés sur la notion d’« Energy blocks » [2].
Nous proposons une méthodologie ayant pour but d’associer ces profils énergétiques aux
opérations. Cette phase délicate peut être basée sur des modèles physico-mathématiques, s’ils
existent, où sur des résultats de campagne de mesure.
Le modèle de simulation est ensuite construit à partir d’une bibliothèque dont les objets
représentent le comportement dynamique des moyens de production intégrant les profils de
consommation énergétique associés aux opérations.
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Un exemple d’application dans le domaine de la production d’élastomères
Dans cette application, on s’intéresse à la modélisation d’un atelier de moulage par injection,
l’un des procédés les plus utilisés pour la transformation des polymères. Ce travail s’inscrit dans le
cadre d’un projet industriel « ECOTHER » soutenu par la BPI, ayant pour but de donner des
solutions techniques pour des filières de transformations de polymères énergétiquement efficientes.
Le logiciel de simulation choisi pour cet objectif est le logiciel de simulation à évènements
discrets Arena® édité par Rockwell Software. Ce logiciel offre la possibilité d’intégrer des
variations continues ce qui lui rend adapté à la modélisation des flux énergétiques. De plus, il
permet la création des bibliothèques d’objets qu’on a adoptées dans cette plateforme de
modélisation.
FIG. 1 – Exemple de résultat
Références
[1] Thiede, S., Seow, Y., Andersson, J., & Johansson, B., Environmental aspects in
manufacturing system modelling and simulation—State of the art and research perspectives.
CIRP Journal of manufacturing science and technology, 6(1), pp. 78-87, 2013.
[2] Weinert N., Chiotellis S., Seliger G., Methodology for Planning and Operating EnergyEfficient Production Systems, CIRP Annals – Manufacturing Technology, 60(1), pp. 41–44,
2011.