Types d’architectures de contrôle

Deux grandes familles d’architectures ont été développées et étudiées dans la littérature : Les centralisées ou traditionnelles dans lesquelles une seule entité est responsable de la prise de décision, et les décentralisées ou distribuées accordant plus de l’autonomie à plusieurs entités du système [160]. Cette dernière famille est constituée de plusieurs groupes dont la com-position varie légèrement en fonction des travaux de recherches.

Le travail de Dilts et al. [39] considéré comme une référence dans cette ca-tégorie, repartit les architectures distribuées en trois grandes sous-familles : Hiérarchique, Hiérarchique modifiée et hétérarchique. Par ailleurs la réparti-tion de Trentesaux [170], une autre référence également, se distingue par l’in-troduction la sous-famille hybride. Cette nouvelle classe combine les avan-tages des classes hiérarchique et hétérarchique, contrairement à la catégo-rie hiérarchique modifiée qui est une forme d’extension de la classe hiérar-chique. Les autres groupes restent identiques pour les deux représentations comme l’illustrent les figures2.7et 2.8, respectivement selon Dilts et Trente-saux.

La suite de cette section, fournit plus de détails sur les différentes classes d’architectures.

2.4. Architectures de contrôle 21

Supervision

Décision

Surveillance

Comminucation

Reconfiguration

Suppression éléments

FIGURE2.6 – Modules de la supervision

2.4.2.1 Centralisée

Ce type de structure se base sur la gestion de tout l’atelier par un seul centre de décision. Les architectures appartenant à cette catégorie sont consti-tuées de deux niveaux : Le premier niveau se charge de la prise de décision et sa transmission au second niveau qui se charge de l’exécution des ordres. Ce dernier niveau remonte également des informations sur l’état de l’atelier pour que le premier niveau puisse intervenir au besoin [8].

Grâce la centralisation des données, les informations sont facilement acces-sibles. La structure est facilement implémentable avec des coûts non oné-reux, raison pour laquelle c’est largement utilisé en milieu industriel. Par ailleurs, un système centralisé présente des résultats de fonctionnement op-timal lorsque l’atelier marche sans perturbations [45].

Cependant, le fait que toutes les décisions soient prises par une seule en-tité conduit à une mauvaise réactivité du système en cas de perturbation, chose récurrente en industrie. En outre, le système souffre d’un temps de ré-ponse relativement faible et d’une rigidité rendant difficile l’intégration de nouveaux éléments [128],[39].

En somme, ce type de contrôle est surtout adapté pour des entités non-autonomes, inactives dans les prises de décision. Pour ce qui est du contrôle des entités actives, il reste désuet [160].

Centralisée ^{Hétérarchique}

Hiérarchique modifiée Hiérarchique

Appareil/Machine Composant de contrôle

FIGURE 2.7 – Types d’architecture

se-lon Dilts et al. [39]

Système opérant Entité Lien hétérarchique Lien hiérarchique Semi-hétérarchique ou Hybride Hiérarchique

Centralisée Hétérarchique

FIGURE2.8 – Classes d’architecture

se-lon Trentesaux [170]

2.4.2.2 Hiérarchique

Les architectures hiérarchiques sont une forme d’évolution directe des ar-chitectures centralisées. De ce fait, elles constituent un ensemble de sous-systèmes centralisés. Dans cette catégorie le nombre de niveaux est alors strictement supérieur à deux vu qu’elle inclut au moins les deux niveaux de la structure centralisée. Le flux d’informations est vertical et de l’autonomie est accordée à certains niveaux même si une entité centrale se trouve au som-met (Le plus haut niveau de la hiérarchie). Le système bénéficie d’un temps de réponse rapide et d’une prédictibilité du comportement global grâce à la présence d’entité de contrôle central [47], [177].

Néanmoins la similitude avec la structure centralisée fait qu’elle souffre éga-lement d’une forte rigidité et faible flexibilité, qui engendrent une mauvaise

adaptation aux changements. Leitao [96], la situe (structure hiérarchique)

d’ailleurs dans la catégorie des systèmes de contrôle traditionnel à l’instar des centralisées.

2.4.2.3 Hétérarchique

Les approches hétérarchiques, bien que faisant partie des alternatives aux systèmes intelligents récents, ont été introduites depuis les années quatre-Vingt par Duffie et Piper [46] par l’appellation d’architecture non-hiérarchique.

Hatvany [64] fait également partie des premiers à avoir démontré la

néces-sité des systèmes de contrôle non-hiérarchique, car selon lui les architectures centralisées et hiérarchiques sont assez rigides, contraintes de suivre les ac-tions prédéterminées.

Ce type de contrôle se caractérise par l’absence total d’unité centrale et de hiérarchie, ce qui se traduit par un flux d’information horizontal. Les entités

communiquent essentiellement par négociation [159].

Grâce à une forte flexibilité, le système peut facilement s’adapter aux chan-gements et être tolérant aux pannes et perturbations.

2.4. Architectures de contrôle 23 mener une étude comparative entre les architectures centralisées et hétérar-chiques. Le temps de parcours de palettes (comprenant les produits) est uti-lisé comme critère d’évaluation. Les résultats de l’expérience montrent que pour un système dont le comportement est connu et prédictible au cours du temps , les architectures centralisées présentent une meilleure gestion. Cependant en cas de perturbations, un système de contrôle beaucoup plus flexible (hétérarchique) réagit mieux.

L’absence de hiérarchie garantit également une atteinte des objectifs locaux, mais les objectifs globaux sont difficilement atteignables à cause de la myopie des entités [121]. Ainsi, le comportement global du système reste fortement imprévisible. De plus, un des éléments majeurs dans les structures hétérar-chiques reste la communication, pourtant aucun standard n’est fourni pour les échanges d’information entre entités selon Boccella et al. [18]. Néanmoins, des protocoles comme MTconnect ou OPC UA garantissent la communica-tion entre des entités peu importe la structure architecturale.

2.4.2.4 Hybride

Afin de bénéficier de l’optimisation globale des approches hiérarchiques et de la réactivité des approches hétérarchiques sans souffrir de la myopie des agents, les approches hybrides ont été proposées. Les architectures hy-brides utilisent une approche centralisée lorsque l’objectif est l’optimisation globale, et une approche plus hétérarchique en présence d’événements inat-tendus et de modifications [68], [98]. Le terme de semi-hétérarchique est aussi utilisé pour qualifier les architectures hybrides [140], [170].

A l’instar de plusieurs autres domaines (automobile[3], informatique [80],

biologie [62], etc.) les hybrides sont connus pour apporter un compromis

et de meilleures solutions à des problématiques existantes. Néanmoins, leur contemporanéité fait que leur maîtrise soit incomplète par rapport aux autres. De ce fait, leur application ou implémentation peut s’avérer complexe. En outre, la structure de ces architectures n’est pas des plus simples.

Des alternatives visant à simplifier la structure et l’implémentation des archi-tectures hybrides sur les systèmes intelligents ont été développées. C’est le cas des systèmes Fractals de production (FrMS) inspirés des mathématiques [166], systèmes bioniques de production inspirés (BMS) inspirés de la nature

[173], et les systèmes holoniques de production (HMS) inspirés du

compor-tement social [175], [96], [67].