Construction du modèle de simulation

L’objectif de cette section est de construire un modèle de simulation qui représente cor- rectement le processus de fabrication dans l’atelier de photolithographie (flux de production, disposition des équipements, cadence des machines), ainsi que le AMHS.

6.3.2.1 Modèle combiné : Évènements Discrets (ED) et Multi-Agents (MA)

Il existe trois grandes familles de méthodes de simulation celles des Évènements Discrets (ED), la méthode Multi-Agents (MA) et la Dynamique des Systèmes (DS). Le choix de la méthode doit être basé sur la structure du système ou le processus à modéliser et des objectifs à atteindre. Dans notre cas, la méthode ED basée sur la notion de file d’attente peut sembler la plus appropriée pour modéliser le problème de conception d’un AMHS. Mais, la méthode ED est basée sur des informations statiques et prédéterminées et elle est souvent coûteuse en termes de temps de développement pour des systèmes manufacturiers à grande échelle. De plus, la structure d’un modèle conçu en ED reste statique et souvent ne peut pas être réutilisée pour un problème similaire.

L’approche MA est plus flexible puisqu’elle est basée sur la notion de population d’in- dividus (ou agents) qui sont capables de communiquer entre eux dans un environnement donné. Cette approche peut convenir à la modélisation des systèmes complexes de fabri- cation à grande échelle. Cependant, le concept de file d’attente, qui constitue le cœur du système manufacturier, n’est pas défini dans la méthode MA [10].

Dans notre cas, une méthode de simulation flexible comme MA et qui intègre le concept de file d’attente comme ED, est développée pour modéliser le problème. La Figure 6.4 re- présente les deux façons possibles de combiner la méthode ED et la méthode MA :

— Le processus est inclus dans l’agent (Figure 6.4a). Il s’agit de modéliser les éléments du système de grande échelle sous la forme des agents (qui peut être par exemple la fabrication, la distribution ou la chaîne d’approvisionnement). Puis, on modélise le pro- cessus interne à chaque agent, qui présente généralement une séquence d’opérations, en utilisant l’évènement discret.

— Les entités dans le processus sont définies comme des agents (Figure 6.4b). Dans cer- tains modèles conçus en ED, les entités ont différentes stratégies et des façons d’agir en parcourant un système. Elles peuvent être, alors, définies comme des agents pour avoir plus de flexibilité dans le système.

(a) Le processus est inclus dans l’agent. (b) Les entités dans le processus sont définies comme des agents.

Figure 6.4 – Les deux façons de combiner la méthode ED et MA dans un modèle de simulation.

Dans notre cas, les deux façons décrites ci-dessus sont utilisées pour développer un modèle de simulation combinant les deux méthodes ED et MA. La Figure 6.5 représente la méthode de simulation utilisée pour modéliser le problème. Cette approche originale par rapport aux travaux qui ont abordé des problèmes similaires permet de dépasser les limites d’une modé- lisation en ED et d’avoir plus de flexibilité grâce à l’aspect MA.

Figure 6.5 – Méthode de simulation utilisée pour modéliser le problème.

Les éléments clés de cette modélisation sont les agents :

— L’agent « Lot » transformé en entité ; il contient les spécifications d’un lot (Identité « ID », type. . . ) et les spécifications de chaque étape de production (recette, équipement, réticule. . . ).

— L’agent « Réticule » transformé en entité ; il contient les spécifications d’un réticule (Identité « ID », statut. . . ) et les spécifications de chaque étape de production (recette, équipement. . . ).

— L’agent « Equipement de production » qui contient le processus de traitement à l’in- térieur de l’équipement en utilisant des blocs d’évènements discrets (source d’entités, ressources, . . . ).

— L’agent « Stockeur de réticules » qui contient le processus de stockage des réticules dans chaque stockeur.

— L’agent principal (ou « Main ») ; c’est l’agent de plus haut niveau dans le modèle. Il permet l’exécution du modèle, le contrôle des paramètres de simulation et la collecte des statistiques. Il contient aussi toutes les populations d’agents. De plus, l’agent prin- cipal comprend le réseau de rails du système OHT, les éléments d’animation et de la logique de l’AMHS (règles de transport, gestion des véhicules...).

Les agents définis dans le modèle sont capables pendant la simulation de communiquer et d’échanger des messages pour signaler par exemple le début ou la fin du traitement d’un lot.

Les processus modélisés sous la forme d’évènements discrets sont principalement : — Le processus d’entrée et de sortie des lots de l’atelier de photolithographie ; il s’agit de

la modélisation des systèmes In-Buffer et Out-Buffer.

— Les séquences de production ; c’est le processus de traitement des lots à l’intérieur des modules de production.

— Les opérations de transport : tel que l’affectation, le déplacement ou la libération d’un véhicule.

— Le processus de stockage d’un lot dans un OHB,

— Le processus de stockage d’un réticule dans un stockeur.

Le modèle de simulation a été développé en utilisant le logiciel « Anylogic » [10]. Ce logi- ciel possède plusieurs avantages comparé à d’autres logiciels de simulation. En effet, il est possible sous « Anylogic » de combiner plusieurs méthodes de simulation (ED, MA, DS) dans un seul modèle avec une interface graphique de 2 ou 3 dimensions (2D ou 3D). Le logiciel est développé en langage de programmation « Java », ce qui permet à l’utilisateur d’interagir pour programmer les détails désirés pendant la phase de modélisation. De plus, plusieurs exemples et tutoriaux sont mis à disposition dans « Anylogic », ce qui facilite sa prise en main.

6.3.2.2 Logique des événements dans le modèle

Le diagramme de la Figure 6.6 présente la logique des évènements dans le modèle de simulation. D’abord, le modèle est initialisé (bloc 1) par les paramètres de simulation (du- rée, étape. . . ) et les paramètres liés aux opérations de manutention automatisées (nombre de véhicules, temps de manutention, vitesse. . . ) (bloc 2). Les instances du W IP qui contiennent les attributs des lots et des réticules sont aussi injectées initialement dans le modèle (bloc 3). Ensuite, le processus d’arrivée des lots dans l’atelier commence de la façon suivante (bloc 4) : un opérateur transporte les lots par groupe (ou batch) vers le système In-Buffer (bloc 6). Puis, une requête de livraison est générée selon la planification du Scheduler pour transporter un lot vers sa destination : un équipement de production ou un OHB. Dans le diagramme de la Figure 6.6, on a considéré que le lot est directement transporté sur l’équipement de production pour simplifier le schéma. Si le lot est acheminé par un véhicule vers un OHB, il attend sa date de début de traitement définie par le Scheduler pour être transporté sur un

LoadPort de l’équipement de production. Le contrôleur de la flotte assure la gestion des véhicules (bloc 9,. . . , bloc 13) : affectation, mouvement et libération.

Une fois le lot chargé sur le LoadPort par le robot Side-Loader (bloc 14), le traitement peut commencer (bloc 15). À ce moment, le système fait appel à un réticule afin de préparer la deuxième phase de traitement du lot (bloc 16). Quand le réticule est disponible, le contrôleur de la flotte lance une mission de livraison du réticule (bloc 18,. . . , bloc 22) de sa position d’origine vers l’équipement de production (bloc 23). Le temps dans le modèle avance et la deuxième phase de traitement est réalisée (bloc24, bloc 25). Ainsi, le réticule est déchargé (bloc 26), puis il est transporté vers sa nouvelle destination (équipement de production ou stockeur).

Le lot poursuit sa dernière phase de traitement (bloc 27, bloc 28), ensuite, il est déchargé (bloc 29). Puis, selon la planification proposée par le Scheduler (bloc 30), le lot est transporté par un véhicule vers le système Out-Buffer (bloc 31). Cette logique implémentée dans le modèle est suivie durant la simulation (bloc 32). Lorsque le temps de simulation est écoulé, l’expérimentation s’arrête et génère automatiquement les statistiques et les indicateurs de performance (bloc 33, bloc 34).

6.3.2.3 Structure générale du modèle de simulation

L’AMHS est au centre de la structure du modèle de simulation tel que présenté dans la Figure 6.7. Les lots et les réticules planifiés sont donc transportés selon une matrice From/To qui fournit le couple (Origine, Destination) pour chaque requête de livraison. L’AMHS dans la structure joue un rôle principal. En effet, il assure la liaison entre la planification de la production, le stockage, le module de production et les systèmes d’entrée/sortie (In-Buffer et Out-Buffer). Vue l’inaccessibilité aux informations sur le fonctionnement interne des mo- dules de production, ces derniers sont modélisés en considérant seulement les temps de traite- ment et sans tenir compte des opérations de manutention des lots ou des réticules à l’intérieur de la machine.

Figure 6.7 – Schéma de la structure générale du modèle.

Le modèle de simulation développé considère la disposition réelle de l’atelier de photolitho- graphie (dimension, couloirs. . . ) et la proposition initiale de réseaux de rails donnée par le fournisseur du système OHT. De plus, la position actuelle, la cadence et la technologie des équipements de production sont pris en compte dans le modèle. Les différents éléments qui caractérisent la flotte de véhicules (la vitesse du véhicule, le temps de manutention, les règles de gestion...) sont aussi inclus dans le modèle en se basant sur les données du fabricant.