Sur l’évaluation de la flexibilité de l’atelier montage dans une usine terminale automobile
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Sur l’évaluation de la flexibilité de l’atelier montage dans une usine terminale automobile
Soutenance de thèse du 18 Décembre 2006
Directeurs de thèseYannick Frein et Gülgün Alpan
Encadrement PSAStéphane Noiré et Vincent Bernier
Aymeric Lesert
2/3718/12/2006
Contexte général
Pour gagner des parts de marché
Une grande variété de véhicules et d’options
Pour produire ces véhicules
Besoin d’un outil de production flexible à moindre coût
Flexibilité d’une usine terminale automobile
Capacité des moyens de production à répondre à la variation commerciale et aux aléas
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
1913-19163095 véhicules
2006Plus de 3.000.000 véhicules
3/3718/12/2006
Contexte général - Une usine terminale automobile
Identifier les besoins de flexibilité
Dimensionner l’atelier montage avec flexibilité juste nécessaire pour garantir la production des commandes au moindre coût
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Par mois et par type de véhicules, nous produisons en moyenne de 2 et 4 véhicules
4/3718/12/2006
Besoin de flexibilité
Dimensionnementde l’atelier montage
Séquencement Production
1 fois/mois J-5 J
Données prévisionnelles Commandes des clients
Erreurs de prévisions
Variations quotidiennes de mix
Aléas de production
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
5/3718/12/2006
Besoin de flexibilité - Analyse statistique
Prévision120 véhicules
Commerce
Production
Marge deSécurisation accordée au
commerce20 véhicules
307 Break
Capacitéjournalière
de productionde la ligne600 véhicules
Marge deSécurisation demandée
à la production30 véhicules
55%
85%
96%
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
La définition des marges de sécurisation est cohérente
Comment cette flexibilité est-elle mise en place ?
6/3718/12/2006
Contexte scientifique
[Baratou, 1998][Joly, 2004] [Boutevin, 2003]
Approche classique en deux temps : L’équilibrage de la ligne d’assemblage Le séquencement des produits
[Thomopoulos, 1969]
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Nos travaux portent sur l’interface entre ces deux étapes
7/3718/12/2006
I. I. L’analyse de l’existantL’analyse de l’existant
II. II. Les contraintes d’espacementLes contraintes d’espacement
III. III. Les interactions de contraintesLes interactions de contraintes
IV. IV. La mesure de la flexibilitéLa mesure de la flexibilité
Démarche de la thèse
8/3718/12/2006
Pas de travail
Opérateur
3075 Portes
307Break 307
3 Portes307
3 Portes307
3 Portes
Tempscycle
Tempsde travail
L’opérateur a pris du retard et ne le récupère pas immédiatement
L’analyse de l’existant – Déplacement d’un opérateur
Temps cycle
Ce pic de charge est volontaire car il permet de minimiser les coûts
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Espace de travail de l’opérateur
Ce véhicule a provoqué un pic de charge
9/3718/12/2006
L’opérateur ne peut pas traiter ce véhicule car il sort de son espace de
travail
307 – 5 Portes307 – 5 Portes
307 - Break307 - Break
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
L’opérateur ne connaît pas de difficulté
Ce véhicule déclenche une
« alerte »
L’analyse de l’existant – Objectif du séquencement
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Minimiser le nombre d’alertes
Un opérateur polyvalent
intervient pour traiter ce véhicule
307 – 5 Portes307 – 5 Portes
307 - Break307 - Break
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
307 – 3 Portes307 – 3 Portes
L’opérateur connaît une difficulté
307 - Break307 - Break
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L’analyse de l’existant – L’approche classique
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Définir une contrainte d’espacement
Critère : caractérisation d’un ensemble de véhicules
Ratio N/P : espacement des véhicules répondant au critére
Minimiser le nombre de non respects
11/3718/12/2006
L’analyse de l’existant – Calcul du ratio N/P
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Prévision120 véhicules
Commerce
Production
307 Break
Capacitéjournalière
de productionde la ligne600 véhicules
Marge deSécurisation demandée
à la production30 véhicules
Calcul du ratioN/P1/4
Ce calcul représente ce qu’il faut produire
12/3718/12/2006
Les critères sont définis en fonction de l’expérience
Incohérences entre :
La minimisation du nombre de non respects
La minimisation du nombre d’alertes
L’analyse de l’existant - Observations terrains
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
13/3718/12/2006
Nouvel algorithme de séquencement
Définition des contraintes d’espacement
Le critère
Le ratio N/P
L’analyse de l’existant – Deux approches possibles
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
[El Hadj, 2007]
14/3718/12/2006
I. I. L’analyse de l’existantL’analyse de l’existant
II. II. Les contraintes d’espacementLes contraintes d’espacement
III. III. Les interactions de contraintesLes interactions de contraintes
IV. IV. La mesure de la flexibilitéLa mesure de la flexibilité
Démarche de la thèse
15/3718/12/2006
Les contraintes d’espacement - Un critère difficile à définir
Véhicules sanspic de charge
Véhicules avecpic de charge
Poste de travail
Temps cycle
Temps Charge de travail de l’opérateur
Véhicules
Véhicules responsables des alertes
Véhicules à espacer
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Un critère par poste de travail
Un critère pour plusieurs postes de travail
16/3718/12/2006
Les contraintes d’espacement – Pertinence d’un critère
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
520
480
Temps cycle
Temps
Véhicules
30 470
Critère de la contrainte
Véhicules sanspic de charge
Véhicules avecpic de charge
500
Utile pour évaluer la pertinence d’un critère
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Les contraintes d’espacement – 5 caractérisations possibles
Poste contraintPoste contraint
Poste impactéPoste impacté Poste sous contraint
Poste sous contraint
Poste sur contraint
Poste sur contraint
Poste non impacté
Poste non impacté
[Giard et al, 2006]
Difficulté à hiérarchiser ces 3 types de relation
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
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Les contraintes d’espacement - Un indicateur de pertinence
480 30 470* 0,96
480 520pI
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
520
480
Temps cycle
Temps
Véhicules
30 470
Critère de la contrainte
Véhicules sanspic de charge
Véhicules avecpic de charge
19/3718/12/2006
Poste contraintPoste contraint
Poste impactéPoste impacté Poste sous contraint
Poste sous contraint
Poste sur contraint
Poste sur contraint
Poste non impacté
Poste non impacté
1,00pI 0,00pI
0,60pI 0,96pI 0,70pI
Les contraintes d’espacement - Un indicateur de pertinence
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
20/3718/12/2006
Les contraintes d’espacement - Matrice des relations
Outil évaluant la pertinence du critère des contraintes d’espacement par rapport aux véhicules à espacer
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
21/3718/12/2006
Les contraintes d’espacement - Calcul du ratio N/P
Inspiration des travaux de [Giard et al, 2006]
Proposition d’une extension de ce calcul à plusieurs postes de travail
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Poste de travail
Temps cycle
Temps Charge de travail de l’opérateur
Véhicules
Véhicules sanspic de charge
infT
Véhicules avecpic de charge
supT
[Giard et al, 2006]
Ce calcul représente ce qu’il est possible de produire
22/3718/12/2006
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
5LH63
38G (A
BR)
5LM
1101
M (A
BR)
5LH24
20G (F
OND)
5LH22
19G (F
OND)
5LH25
29G (F
OND)
5LH24
21G (3
RG)
5LH45
19D (3
RG)
5LH45
21D (3
RG)
5LH55
29D (F
OND)
5LH62
34G (F
OND)
5LH11
04G (F
OND)
5LM
1313
G (ABR)
5LH41
03D (3
RG)
5LM
3426
G (SIE
)
5LM
3211
G (FOND)
5LM
2540
G (3RG)
5LH21
14G (3
RG)
5LH11
02D (3
RG)
5LH12
07D (3
RG)
5LH21
12D (3
RG)
5LH24
24D (3
RG)
5LH42
09D (3
RG)
5LM
2535
D (3RG)
5LM
2434
G (3RG)
5LM
3321
D (3RG)
5LH32
37D (3
RG)
5LH22
18G (3
RG)
5LH34
52G (3
RG)
5LH25
26D (3
RG)
5LM
4345
M (3
RG)
Postes de travail
Ind
ica
teu
r d
e p
ert
ine
nc
e
Les contraintes d’espacement – Les apports de la méthode
0,56pI
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
5LH11
02D
5LH11
04G
5LH12
07D
5LH21
12D
5LH22
18G
5LH24
20G
5LH24
21G
5LH24
24D
5LH42
09D
5LH45
19D
5LH45
21D
5LM
1101
M
5LM
1313
G
5LM
3211
G
5LM
3321
D
5LM
3426
G
5LH21
14G
5LM
2434
G
5LM
2535
D
5LH22
19G
5LH25
29G
5LH63
38G
5LH34
52G
5LH41
03D
5LH62
34G
5LH55
29D
5LH25
26D
5LH32
37D
5LM
2540
G
5LM
4345
M
Postes de travail
Ind
icat
eur
de
per
tin
ence
0,96pI
Nombre de non respects : 0
Nombre d’alertes : 150
Nombre d’alertes + non respects : 0
Nombre de non respects : 184
Nombre d’alertes : 61
Nombre d’alertes + non respects : 55
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Comparaison entre deux jeux de 11 contraintes d’espacement
Meilleure cohérence entre les alertes et les non respects
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I. I. L’analyse de l’existantL’analyse de l’existant
II. II. Les contraintes d’espacementLes contraintes d’espacement
III. III. Les interactions de contraintesLes interactions de contraintes
IV. IV. La mesure de la flexibilitéLa mesure de la flexibilité
Démarche de la thèse
24/3718/12/2006
A B Quantité
Type Ø Sans Sans qØ
Type B Sans Avec qB
Type A Avec Sans qA
Type A+B Avec Avec qAB
6 9 18
Les interactions de contraintes - Caractérisation
NAV X X X X X O
CD X X X X X X X X X
3P X X X X O O
5P X X X X X X X X X
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
La difficulté varie en fonction du nombre de véhicules avec A et B
Ratios
1/3 1/2
Options Croisées
9
3
0
6
Options exclusives
3
9
6
0
1 non respect 2 non respects
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Les interactions de contraintes – L’indicateur PPLI
[Lesert et al, 2005]
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
[Lesert et al, 2006]
Indicateur évaluant la difficulté à respecter deux
contraintes d’espacement simultanément
Approximation du nombre de non respects
Évaluation par construction utilisant un algorithme simple et rapide
Une borne supérieure pour le problème de séquencement limité à deux contraintes d’espacement
26/3718/12/2006
Les interactions de contraintes – Résultats numériques
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Nombre de véhicules ayant les deux options simultanément
No
mb
re d
e n
on
res
pec
tsLes options exclusives Les options croisées
Qa=120,Qb=128,Qtot=300Na/Pa=2/5 et Nb/Pb=3/7
Outil de séquencement PSA Indicateur PPLI
27/3718/12/2006
Q Q
Q QQ Q
Q Q
Qa=50,Qb=233,Qtot=300Na/Pa=1/6 et Nb/Pb=7/9
Qa=50,Qb=33,Qtot=300Na/Pa=1/6 et Nb/Pb=1/9
Conjecture : Il existe une séquence respectant les deux contraintes dans le cas où
Cette conjecture a été démontrée pour
Conjecture : Il existe une séquence respectant les deux contraintes dans le cas où
Cette conjecture a été démontrée pour
ABQ q Q A A
tot A
Q N
Q P B B
tot B
Q N
Q P
1A BN N
Les interactions de contraintes - 4 formes caractéristiques
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Les interactions de contraintes – 1 conjecture et 3 propriétés
Qa=120,Qb=128,Qtot=300Na/Pa=2/5 et Nb/Pb=3/7
Qa=150,Qb=75,Qtot=300Na/Pa=1/2 et Nb/Pb=1/4
28/3718/12/2006
Les interactions de contraintes - Outil d’aide à l’analyse
Valeur de l’indicateur PPLI pour le couple(CJ27O003, CJ23O015)
Valeur de l’indicateur PPLI pour le couple(CJ27O003, CJ23O015)
Soit le programme de production d’une journée à séquencer
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Outil identifiant les couples de contraintes difficiles à respecter
29/3718/12/2006
I. I. L’analyse de l’existantL’analyse de l’existant
II. II. Les contraintes d’espacementLes contraintes d’espacement
III. III. Les interactions de contraintesLes interactions de contraintes
IV. IV. La mesure de la flexibilitéLa mesure de la flexibilité
Démarche de la thèse
30/3718/12/2006
La mesure de la flexibilité – La capacité maximale
La capacité maximale dépend de la charge de travail des opérateurs concernés
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Prévision120 véhicules
Commerce
Production
Marge deSécurisation accordée au
commerce20 véhicules
307 Break
Capacitéjournalière
de productionde la ligne600 véhicules
Marge deSécurisation demandée
à la production30 véhicules
Q’max=N/P*600
31/3718/12/2006
Poste de travail / Contrainte d’espacement
SurdimensionnéSurdimensionné
Insuffisamment dimensionné Insuffisamment dimensionné pour le commercepour le commerce
Sous dimensionnéSous dimensionné
Risque de non Risque de non absorption des aléasabsorption des aléas
La mesure de la flexibilité – Catégorisation d’un poste
[Parker et al, 1999]
Identifier les postes de travail nécessitant un ajustement
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
Prévision
Commerce
Production
Q’max
Q’max
Q’max
Q’max
32/3718/12/2006
La mesure de la flexibilité - Application à un cas réel
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
La méthode proposée établit une interface entre l’équilibrage et le séquencement
Sevel Nord – Mai 2006
Postes de travail Alertes
SurdimensionnéSurdimensionné
Insuffisamment dimensionné Insuffisamment dimensionné pour le commercepour le commerce
Sous dimensionnéSous dimensionné
Risque de non Risque de non absorption des aléasabsorption des aléas
35,0%
194
8,8%
4,6%
51,6%
92,3%
1057
5,0%
0,2%
2,5%
33/3718/12/2006
Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives
34/3718/12/2006
Conclusion - Contributions scientifiques
Nouvelle approche du problème de séquencement des véhicules
Formalisation de la définition des contraintes d’espacement
Caractérisation de la relation entre les pics de charge et le critère des
contraintes
Proposition d’un indicateur de pertinence
Méthodologie pour calculer un ratio
Modélisation des interactions de contraintes
Nouvelle méthode de classification des postes de travail
Interface entre l’équilibrage et le séquencement
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
35/3718/12/2006
Conclusion - Contributions industrielles
Amélioration du respect des contraintes industrielles
Matrice des relations (disponible en Janvier 2007)
Proposition d’une méthodologie pour définir les contraintes
d’espacement (En cours de diffusion)
Outil d’aide à l’analyse des interactions (prototype opérationnel en
cours de déploiement depuis Décembre 2006)
Préconisation pour l’équilibrage des postes de travail
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
36/3718/12/2006
Perspectives
Définition automatique des contraintes d’espacement
Nouvelle approche de l’équilibrage
Nouvelle méthode d’évaluation des marges de sécurisation
Contexte – Existant – Contraintes – Interactions – Mesure - Conclusion
37/3718/12/2006
Merci de votre attention
Sur l’évaluation de la flexibilité au montage dans une usine terminale automobile