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Clariprint : Calcul sur presses rotatives

Introduction

L’objectif de Clariprint est de déterminer la « meilleure » gamme de fabrication pour un produit imprimé de communication avec pour objectif de minimiser le coût de fabrication depuis l’achat de la matière première (le papier) jusqu’au conditionnement. Traditionnellement, cette activité indispensable à la vente, confiée à un homme de l’art nécessite un délai qui n’est plus compatible avec les enjeux commerciaux du secteur, d’autre part la charge financière inhérente à cette tache devient de plus en plus lourde du fait de la baisse du taux de transformation des propositions commerciales et de la pression croissante des acheteurs.

L’objectif du macro module ROTO v2 est de coter automatiquement les produits fabriqués en tout ou partie grâce à une presse rotative offset. Ces presses se différencient des presses offset feuilles par une alimentation en papier sous forme de bobine et par la présence, en plus de la chaine d’impression, d’une chaine de façonnage en ligne permettant une multitude de transformation comme du vernis, de la découpe linéaire, plusieurs type de pliage, de la découpe, de la perforation, du conditionnement etc. Le fonctionnement d’une presse rotative offset est schématisé dans l’article suivant : http://fr.wikipedia.org/wiki/Rotative_offset_de_presse

Précédemment, dans la version 1 du calcul sur presse rotative de Clariprint, nous avions utilisé une modélisation des produits roto-pliés statique. L’utilisateur devait paramétrer l’ensemble des produits manuellement avec la nécessité de spécifier l’imposition* pour chaque produit, ce qui est très fastidieux (une rotative peut proposer plus de 200 produits) et source d’erreur. La charge de travail en paramétrage nécessaire à son fonctionnement a été un frein au succès de ce module rotative v1. L’état des lieux des solutions existantes déjà réalisé lors de la version 1 montre qu’il n’existe à ce jour aucun logiciel répondant à la fonction de calcul entièrement automatique de gamme de fabrication d’un produit roto-plié, ou bien encore de calcul de configuration automatique d’une presse pour un produit roto-plié.

Fort des attentes des acteurs économiques et de l’enseignement d’une première tentative, nous avons entrepris de développer d’un nouveau module « Roto v2 » avec, entre autre, pour objectif de réduire de 80% la charge de travail nécessaire à son paramétrage. Ce nouveau système expert doit assister au maximum la configuration des produits roto-pliés d’une presse rotative. Partant du constat d’échec de la première version nous avons imaginé un nouveau concept innovant, et nous avons convaincu la société Altavia de subventionner partiellement sa réalisation et de participer opérationnellement à la validation des hypothèses et aux tests des prototypes. Dans le cadre de ce développement expérimental, la société Altavia qui fait office d’installation pilote, a mis à notre disposition une ressource pour nous assister tout au long de la conception puis éprouver les prototypes durant plus d’un an sur une grande diversité d’exemples. Ces batteries d’expérimentations en condition réelle ont mis en évidence les failles et les manques des hypothèses initiales et ainsi permis de lever des incertitudes métiers puis d’accroitre la performance des modèles systémiques, modéliser de nouvelles contraintes métier et expérimenter des ergonomies.

* l’imposition désigne la répartition des pages à imprimer sur le support papier.

Hypothèses et objectifs du nouveau module

L’expérience acquise lors de la réalisation de la version 1 du module de calcul sur presse rotative nous a permis d’évaluer la faisabilité de calculer automatiquement l’ensemble des produits techniquement réalisables pour une presse rotative donnée par exploration de ses combinaisons de configuration. Cette expérience nous a permis de formaliser les premiers hypothèses de conception globale, ainsi que les règles métiers fondamentales.

Les objectifs fonctionnels de ce nouveau module sont d’une part de générer automatiquement la configuration des produits techniquement réalisables sur une presse rotative, d’autre part d’augmenter la couverture des produits roto-pliés prise en compte par rapport à la version 1 et enfin pour chaque produit de déterminer à la fois ses intervalles dimensionnells mais aussi les variables nécessaires au calcul des caractéristiques des matières premières (bobine de papier), et enfin les variables nécessaires à la cotation d’un tel produit.

Travaux

À un produit roto-plié correspond une configuration de la presse rotative. Les variables de configuration sont nombreuses, la combinatoire importante. Nous avons en vain cherché des ouvrages traitant de ce sujet, seulement quelques pages internet et documentation chez les constructeurs de machines, aussi nous avons sollicité des industriels (imprimeries) pour étudier sur site le fonctionnement de ces machines. Le déficit en ressources documentaires nous a conduit à émettre des hypothèses et à les confronter systématiquement à la réalité via des campagnes de tests menés en collaboration avec des experts métiers.

Ci-après les différentes phases des travaux.

La nouvelle modélisation d’une presse rotative :

L’objectif est de pouvoir modéliser fonctionnellement l’ensemble des presses rotatives du marché. A cette fin nous avons analysé plusieurs plans constructeur de presse rotative et interrogé des industriels (imprimeries) sur les configurations de leurs presses et les critères conditionnant les limites dimensionnels des produits afin de définir les variables de fonctionnement. Nous avons ensuite déterminé un modèle objet arborescent permettant de représenter fonctionnellement l’ensemble des presses étudiées. Ce premier sous-ensembles de presse ne représentant pas exhaustivement l’ensemble des machines disponibles sur le marché, nous l’avons fait évolué à plusieurs reprises.

La nouvelle interface de configuration d’une presse et de ses produits

L’objectif final du module Rotov2 étant de faciliter au maximum la configuration d’une presse rotative, l’ergonomie de l’interface homme machine revêt une grande importance. Nous avons recherché une ergonomie alliant compacité, flexibilité et simplicité. La réalisation d’un prototype connecté à la nouvelle modélisation nous a permis de confronter nos hypothèses à de multiples typologies de presse du marché, de recueillir l’avis des experts métiers et de faire évoluer l’ensemble.

Nous sommes finalement parvenus à répondre au besoin de paramétrage de 100% d’un échantillon de presses représentatives de la cible de Clariprint tout en regroupant l’ensemble des questions de paramétrage technique sur une seule page. Une deuxième page étant dédiée aux paramètres tarifaires et enfin une troisième à l’affinage des données des produits roto-pliés.

L’exploration combinatoire des configurations des presses : sous-module WebPressConfig

L’objectif de ce module est, à partir des caractéristiques d’une presse rotative, de générer un ensemble de combinaisons de configuration théoriquement possibles en intégrant des règles métiers d’exclusion.

L’acquisition des règles métiers s’effectue de manière itérative lors des essais en collaboration avec les experts métiers, la difficulté consiste ici dans le fait de concilier facilité d’intégration ou de modification des règles métiers, robustesse de la solution et temps de calcul acceptable.

Nous avons conçu un algorithme hybride formé d’un pré-traitement puis d’un problème de programmation par contrainte formalisé dans le « solver » expérimental de contrainte CHOCO, et enfin un post traitement.

Nous avons du attendre l’intégration des différents modules avant d’éprouver ce dernier en conditions réelles, de vérifier les hypothèses de conception et de formaliser les premières contraintes. L’expérimentation nous a conduit à de nombreuses réévaluation.

La modélisation des opérations de transformation d’un ruban de papier : sous-module PaperFold

L’objectif de ce module est double. Premièrement à partir des caractéristiques d’une feuille et de la liste des transformations appliquées à cette feuille, de déterminer des caractéristiques finales de la feuille pliée. Deuxièmement, d’interpréter la syntaxe de pliage de la norme JDF afin de produire le schéma de pliage de cette même norme afin de pouvoir contrôler visuellement la validité d’une configuration.

La difficulté vient de l’absence de littérature traitant de la logique de transformation géométrique d’une feuille de papier, intégrant les contraintes réelles du matériau induisant des phénomènes comme la chasse ou la rotation des pages après X plis croisés.

Nous avons donc étendu la syntaxe proposée par le consortium CIP4, pour intégrer l’ensemble des possibilités fournies par les presses rotatives.

La réalisation d’une interface graphique dédiée à ce module nous a permis une expérimentation unitaire et donc à une validation simplifiée des hypothèses de conception.

Le post processus d’optimisation des bandes : sous-module WebCut

Ce module concerne les produits nécessitant plusieurs bandes de papier, il peut arriver que plusieurs stratégies de répartition de pages sur les bandes répondent fonctionnellement au même besoin, mais une seule garantira un intervalle dimensionnel maximal. L’objectif de ce module est, dans certains cas, de réarranger l’imposition et la répartition des bandes afin de maximiser cet intervalle. Ce module dispose de plusieurs points d’entrée dans le mécanisme global de recherche, c’est un module de spécialisation qui doit détecter des cas particuliers et sélectionner une résolution spécifique. Ce module proposant une boite à outil, il a fallu ensuite tester les formalisations de ces cas particuliers afin de vérifier à la fois la pertinence de cette boite à outil et aussi la pertinence de la formalisation.

Nous avons du attendre l’intégration des différents modules avant d’éprouver ce dernier en conditions réelles, de vérifier les hypothèses de conception et de formalisation des premières contraintes. L’expérimentation nous a conduit à de nombreuses réévaluation.

Le post processus de traitement du « découronnage » : FoldCut

Le terme métier « découronner » signifie découper un ou plusieurs plis. L’idée est ici d’obtenir un produit B en découpant un ou plusieurs plis d’un produit A. Par ce fait la pagination unitaire est divisée et le nombre de produits fabriqués par cycle est multiplié. Suivant le nombre de plis du produit initial la combinatoire de « sous-produit » peut être importante. L’objectif de ce module est de déterminer l’ensemble de ces « sous-produits » en tenant compte de plusieurs règles métiers. Comme le module WebCut, ce module dispose de plusieurs points d’entrée dans le mécanisme global de recherche, détectant les plis présents dans un produit, il sélectionne les possibilités de découronnage. Ces possibilités sont dictées par des contraintes techniques. Encore une fois le déficit en littérature sur le sujet nous a conduit à émettre des hypothèses sur la base de témoignages d’experts puis à les confronter.

Nous avons du attendre l’intégration des différents modules avant d’éprouver ce dernier en conditions réelles, de vérifier les hypothèses de conception et de formalisation des premières contraintes. L’expérimentation nous a conduit à de nombreuses réévaluations.

La recherche des domaines des variables dimensionnelles d’un produit pour une configuration donnée et un ensemble d’extrémum de valeur de propriété d’une presse : sous-module DimRange

L’objectif de ce module est de déterminer les intervalles dimensionnels du produit résultant pour une configuration et des intervalles dimensionnels donnés d’une presse rotative. Ce module utilise le module PaperFold qui permet de calculer les dimensions à plat à partir des dimensions pliées, par dichotomie ce module détermine les extrémums des hauteur, largeur et grammage d’un produit en confrontant les dimensions à plat aux extrémums de chaque contrainte dimensionnelle d’une presse.

La recherche des coefficients tarifaires d’un produit pour une configuration donnée : sous-module PriceVar

La modélisation d’une presse comprend une partie tarifaire composée de charges fixes et de charges variables conditionnées par l’utilisation optionnelle de groupes fonctionnels suivant la configuration de la machine.

L’objectif de ce module est de déterminer pour un produit roto-plié les coefficients de charge fixe et de charge variable en fonction des options de configuration employées pour sa réalisation.

La collecte d’information, les prototypages et essais 

Nous avons émis les premières macro hypothèses qui ont dirigé l’architecture globale du macro module Roto V2 sur la base de nos connaissances acquises lors de la précédente tentative. Nous avons ensuite visité des imprimeries rotatives, interrogé des experts métiers, pour recueillir les principales règles métiers et contraintes qui nous ont permis de réaliser le premier prototype.

Nous avons ensuite mis à l’épreuve ce prototype à travers plusieurs campagnes d’essais en coopération avec des imprimeurs fournisseurs de notre client pilote. Chaque campagne porte sur un ensemble de configuration cible et donc de produit cible. A l’issue d’une campagne, nous devions ajuster l’implémentation, éventuellement revoir certaines hypothèses, formuler de nouvelles contraintes, éventuellement intervenir sur la modélisation et l’interface. Cette tache fut longue et fastidieuse du fait qu’une grande partie de l’implémentation n’a pas pu être testée de manière unitaire et du fait de la quantité importante des configurations possibles.

Conclusions fin 2011 : 

De manière globale, le prototype de ce nouveau module RotoV2 est très prometteur, il demande encore a être fiabilisé pour être mis dans les mains d’un utilisateur métier, par ailleurs les partenaires industriels testant le prototype ont demandé d’intégrer plus de contraintes métier dans la résolution des variables dimensionnelles des produits. Néanmoins l’objectif de calculer automatiquement la configuration de 80% des produits roto-pliés est d’ores et déjà atteint.

Références :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rotative_offset_de_presse

http://www.coci-sa.fr/

http://www.kba-print.de/fr/

http://www.man-roland.com/

http://www.cip4.org