Analyse et évaluation de la reconfiguration d’une ligne de production

Analyse et évaluation de la reconfiguration d’une ligne de production

Contexte scientifique : conception préliminaire de système de production

Les décideurs sont faces à plusieurs choix et disposent généralement de peu d’informations, ce qui les place dans une situation d’imprécision et d’incertitude. Leurs connaissances et leurs expériences permettent de compenser l’impact lié à cette situation. Notre démarche vise à réduire le besoin en expertise afin que les concepteurs (expérimentés ou non) puissent converger rapidement vers de bonnes solutions. Dans un premier temps, nous décrivons le contexte d’une reconfiguration de système de production. En effet, 40% des nouveaux projets réutilisent complètement les installations existantes, 40% les modifient et 20% seulement développent des nouveaux processus [Minhas 12]. Ensuite, pour chaque solution de reconfiguration identifiée, nous posons le contexte de l’évaluation des performances et la prise de décision. Enfin, nous présentons le contexte d’une modélisation des processus de fabrication pour valider la faisabilité et les performances d’une solution.

Reconfiguration de ligne de production

Ce travail se positionne dans un contexte de reconfiguration d’une ligne de production vu que la plupart des projets d’introduction de nouveau produit réutilisent ou modifient les moyens de production existants. Initialement, un système industriel est conçu puis intégré dans l’environnement de l’usine pour fabriquer un nouveau produit (fig. I.6). Durant la phase de production plusieurs décisions concernant les évolutions possibles du système sont à prendre, plus particulièrement lors de l’introduction d’un nouveau produit ou de changement de la demande. Une analyse des évolutions possibles du système permet d’identifier trois scénarios : 1. Le système existant permet de fabriquer le nouveau produit avec peu ou pas de modifications d’un point de vue technique et financier. Les modifications se limitent à du paramétrage (ex : trajectoire de robot ou programmation des moyens de préhension de pièces). 2. Le système existant permet de fabriquer le nouveau produit à condition d’effectuer des modifications conséquentes sur sa structure.Il doit être reconfiguré pour s’adapter au nouveau produit. 3. Réutiliser le système existant n’est pas rentable car les modifications à réaliser sont trop importantes par rapport aux conditions d’exploitations et aux performances qu’il permet d’atteindre. Il est nécessaire de concevoir une nouvelle ligne. Les deux premiers cas concernent la reconfiguration du système où différents niveaux de modification sont à effectuer (figure I.6). Il est possible que la reconfiguration nécessite également la conception de nouveaux moyens d’assemblage en cas d’innovation sur le produit (ex : assemblage par collage, laser …). A la fin d’une phase de reconfiguration, les nouveaux éléments du système sont intégrés puis remis en production. La fréquence d’occurrence d’une reconfiguration de système est de plus en plus élevée à cause de la réduction des cycles de vie des véhicules et donc à l’augmentation de l’introduction de nouveaux produits dans les usines existantes. Cette phase est répétée plusieurs fois durant le cycle de vie du système tandis que la phase de conception a lieu en début de son cycle de vie. La fréquence d’occurrence d’une reconfiguration de système est de plus en plus élevée à cause de la réduction des cycles de vie des véhicules et donc à l’augmentation de l’introduction de nouveaux produits dans les usines existantes. Cette phase est répétée plusieurs fois durant le cycle de vie du système tandis que la phase de conception a lieu en début de son cycle de vie. En fin de vie, un système d’assemblage est souvent démonté et ses composants (robots, outillages, convoyeurs …) sont réutilisés pour d’autres unités de production. Figure I.6 – Etapes du cycle de vie d’un système industriel L’analyse des processus de reconfiguration nous permet d’identifier plusieurs solutions et de mettre en évidence leurs impact sur le système existant. Afin de quantifier et de comparer ces solutions, une évaluation des performances de cet impact est nécessaire pour une prise de décision objective et argumentée.

Contexte scientifique : conception préliminaire de SdP

Evaluation des performances et prise de décision

Cette thèse se positionne également dans le contexte de l’évaluation pour la prise de décision. L’évaluation des performances est une étape clé dans les choix de reconfiguration d’un système de production puisque plusieurs solutions sont étudiées puis détaillées à travers des cycles de proposition, évaluation et décision. Evaluer permet de sélectionner parmi plusieurs solutions et permet ainsi de limiter la recherche de solutions en mettant en lumière la faisabilité et les performances des solutions potentielles. L’évaluation d’une solution doit faciliter la prise de décision en identifiant les leviers de performance qui permettent d’améliorer la solution. Un levier de performance est une variable d’action sur laquelle on peut agir pour faire évoluer cette activité pour l’atteinte d’un objectif de performance. La réutilisation des moyens de production existants est, par exemple, un des principaux leviers permettant de réduire les coûts et les délais d’un projet. Afin d’améliorer la performance d’un système, il convient d’identifier les inducteurs qui influencent les performances considérées. Un inducteur est un facteur qui impacte le niveau de performance d’une activité [Berrah 02].

Modélisation des processus de fabrication / assemblage

Les décisions qui sont prises en avant-projet ont un impact aussi bien sur la configuration initiale du système mais aussi sur le planning de développement. Afin de supporter ces décisions, plusieurs informations provenant de multiples sources sont à analyser. Il s’agit de données relatives aux métiers qui contribuent à la performance de l’usine (implantation, logistique, process, automatisme…). Nous étendons cette réflexion à la modélisation des processus de fabrication / assemblage afin de valider la solution retenue à différents jalons du projet. Outre les enjeux industriels et technologiques qui visent à réduire les délais de développement, l’intérêt scientifique d’une étude sur la modélisation des processus de fabrication consiste à formaliser et structurer les connaissances (processus, standards, règles métiers, représentations intermédiaires) manipulées lors de la spécification du système. La figure I.7 présente le contexte de l’intégration de l’ingénierie produit et processus de fabrication. L’axe vertical représente le processus de conception et l’axe horizontal représente le processus d’industrialisation. Deux interactions nous intéressent dans ce processus : d’une part (1) les interactions entre le développement du produit et les exigences de production qui définissent le point de départ d’un projet d’industrialisation, d’autre part, (2) les interactions entre la planification de production et le développement du produit qui définissent les contraintes à intégrer au produit pour faciliter sa fabrication.

Table des matières

Introduction générale
Contexte, problématique et état de l’art
I Contexte et problématique
I.1 Contexte industriel : assemblage tôlerie automobile
I.1.1 Le processus d’assemblage de la caisse d’un véhicule
I.1.2 Les parties prenantes d’un projet d’industrialisation
I.1.3 Phases amont du processus d’industrialisation
I.1.4 Besoins industriels : aide à la décision
I.2 Contexte scientifique : conception préliminaire de SdP
I.2.1 Reconfiguration de ligne de production
I.2.2 Evaluation des performances et prise de décision
I.2.3 Modélisation des processus de fabrication / assemblage
I.3 Problématiques et objectifs de recherche
I.3.1 Problématique : évaluation des choix de reconfiguration d’une ligne de production
I.3.2 Objectifs de la thèse
I.4 Conclusions
II Etat de l’art
II.1 Reconfiguration de ligne de production
II.1.1 Modélisation des processus de reconfiguration
II.1.2 Les systèmes de production reconfigurables (RMS)
II.1.3 Approches existantes de reconfiguration de systèmes
II.1.4 Discussion
II.2 Evaluation des performances et prise de décision
II.2.1 Contexte de l’évaluation
II.2.2 Modélisation pour l’évaluation des performances
II.2.3 Les méthodes d’aide à la décision multicritère
II.3 Modélisation des processus de fabrication / assemblage
II.3.1 Gestion du cycle de vie des produits (PLM)
II.3.2 Le concept d’usine numérique
II.3.3 Gestion des processus de fabrication (MPM)
II.4 Bilan et positionnement
II.4.1 Synthèse des approches, méthodes et outils existants
II.4.2 Contributions
Propositions pour l’analyse et l’évaluation des choix de
reconfiguration d’une ligne de production
III Reconfiguration progressive de lignes de production
III.1 Architecture et configuration de ligne de production
III.1.1 Architecture d’implantation de ligne
III.1.2 Configuration du processus d’assemblage
III.1.3 La reconfiguration à ces deux niveaux de décision
III.2 Analogie entre la reconfiguration et le réordonnancement
III.2.1 Principes de l’analogie
III.2.2 La méthode de réparation de planning
III.2.3 Transposition des concepts .
III.3 Méthode de reconfiguration progressive de ligne de production
III.3.1 Eléments déclencheurs du processus de reconfiguration
III.3.2 Stratégie de reconfiguration
III.3.3 Opérations de reconfiguration
III.3.4 Les étapes de la méthode de reconfiguration
III.3.5 Métamodèle de la méthode de reconfiguration
III.4 Conclusions
IV Evaluation des choix de reconfiguration d’une ligne de production
IV.1 Les critères d’évaluation
IV.2 Les critères d’évaluation : point de vue projet
IV.2.1 L’investissement
IV.2.2 La flexibilité
IV.2.3 L’engagement des opérateurs
IV.3 Les critères d’évaluation : point de vue métier
IV.3.1 Concepts et modèles pour l’évaluation basée sur les règles métiers
IV.3.2 Synthèse des résultats : matrice de décision
IV.3.3 Exemple d’évaluation des critères métier
IV.3.4 Conclusion sur l’évaluation des critères métier
IV.4 Evaluation globale et synthèse des solutions
IV.4.1 Approche multicritère : la méthode Prométhée
IV.4.2 Synthèse des solutions pour la prise de décision
IV.5 Conclusions
V Proposition d’un processus de revue numérique d’atelier
V.1 Revue d’étude industrielle
V.1.1 Objectifs d’une revue d’étude industrielle
V.1.2 Importance des représentations intermédiaires
V.1.3 Proposition d’un processus de revue numérique d’atelier
V.1.4 Expérimentations préliminaires
V.2 Préparation d’une revue numérique d’atelier
V.2.1 Import des données
V.2.2 Modification de l’architecture d’implantation d’atelier
V.2.3 Modification de la configuration d’une ligne de production
V.3 Déroulement d’une revue numérique d’atelier
V.3.1 Revue globale d’architecture d’implantation d’atelier
V.3.2 Revue détaillée d’une configuration de ligne de production
V.3.3 Constats et détection des interférences
V.4 Conclusions
Application industrielle
VI Application : assemblage des « ouvrants » d’une caisse de véhicule
VI.1 Contexte de l’étude : assemblage des ouvrants
VI.1.1 Généralités sur le processus d’assemblage des « ouvrants »
VI.1.2 Objectifs de l’étude .
VI.1.3 Description de la configuration initiale
VI.1.4 Objectifs de production : capacité et diversité
VI.2 Recherche de solutions
VI.2.1 Mise en œuvre de la stratégie de reconfiguration
VI.2.2 Identification des solutions
VI.3 Evaluation des solutions
VI.3.1 Evaluation des critères métier
VI.3.2 Evaluation des critères projet
VI.4 Conclusions
VIIConclusion générale
VII.1Conclusions
VII.2Perspectives
Liste des publications
Références bibliographiques
Liste des figures
Liste des tableaux
Terminologie
Annexes
A Compléments sur la méthode Prométhée
A.1 Terminologie
A.2 Choix de la fonction de préférence
A.2.1 Données statistiques sur la distribution de l’évaluation .
A.2.2 Définition du type de fonction critère
A.2.3 Définition du seuil de préférence
B Processus d’assemblage tôlerie automobile
B.1 Notion de famille, plateforme et modèle de véhicule
B.2 Principes de gestion des flux d’assemblage
B.3 Architectures d’implantation de plancher arrière
B.3.1 Attributs détaillés d’une unité de production