Axe 2 : Systèmes de Production

Le LOSI ne traite ni les procédés de fabrication ni les couches temps-réel de la production (automatique, robotique), qui sont les domaines des mécaniciens et automaticiens. Initialement, l'axe 2cherchait à modéliser des systèmes de production dont les technologies matérielles étaient déjà choisies et à planifier leur exploitation pour optimiser leurs performances. Par la suite, nous nous sommes aperçus que nos méthodes de prédiction des performances étaient utilisables au moment de la conception des systèmes de production.

Conception préliminaire et réagencement de systèmes de production

Cette thématique inclut l'équilibrage de chaînes d'assemblage ou de transfert, l'implantation ou la réorganisation d'ateliers (layout), la simulation de différentes configurations et l'organisation des futurs flux. Pour une implantation donnée des machines, l'équilibrage consiste à choisir les équipements (outillages) et les opérations à affecter à chaque poste de travail pour minimiser le temps de cycle. Pour un objectif de production donnée, on peut aussi minimiser le nombre de stations de travail nécessaires.

Les problèmes de conception ont donné lieu à deux thèses CIFRE exemplaires. La première s'est déroulée dans l'entreprise Ariès Packaging qui réalise des lignes de conditionnement à grande vitesse pour l'industrie agro-alimentaire.A partir de modules de base (robots, convoyeurs), il s'agissait de simuler des configurations de lignes et d'optimiser le coût et les performances, en fonction des besoins des clients. La seconde a consisté à ré-agencer un gros centre de maintenance de matériels roulants à la SNCF, en vue d'accueillir des TGV. Il a fallu simuler avec précision les flux actuels et futurs et proposer des reconfigurations de bâtiments et de voies ferrées pour atteindre les objectifs de productivité prévus.

Planification et ordonnancement de production

Dans les problèmes de planification, on détermine les volumes à fabriquer jour par jour sur plusieurs semaines ou mois, pour minimiser en général le coût total de production en présence de contraintes de ressource agrégées comme la capacité des ateliers et la main d'œuvre disponible. Le niveau ordonnancement est plus précis et concerne le court terme(une journée à quelques jours), il prend en compte la structure des ateliers (machines, zones de stockage) et doit déterminer finement les instants d'exécution de chaque tâche de fabrication.

Au niveau planification, le LOSI étudie l'optimisation de systèmes d'assemblage avec des temps de réapprovisionnement aléatoires pour des pièces élémentaires ou composants sous-traités. Il s'agit d'un problème répandu mais si ardu qu'il a été peu étudié jusqu'à présent. L'objectif est par exemple de calculer l'espérance mathématique du temps de réalisation d'une commande et de planifier le système pour satisfaire des contraintes de qualité de service comme le nombre de commandes livrées en retard. Nous avons également traité, en coopération avec l'Université de Xi'an Jiaotong en Chine, des problèmes de planification de raffineries de pétrole. Ces problèmes rejoignent la logistique, car il faut prendre en compte les temps de transport importants pour amener le pétrole brut et expédier les produits raffinés.

Concernant les problèmes d'ordonnancement, le LOSI s'est spécialisé dans les problèmes à contraintes complexes et/ou nombreuses. Nous avons par exemple étudié l'ordonnancement de traitements de surfaces comme le chromage, où des objets doivent être trempés pendant un temps limité dans des bains à l'aide de portiques. Certains ordonnancements semblent se dérouler sans problème puis se bloquent à cause de conflits dans les mouvements de portiques. Une thèse CIFRE a été consacrée à des problèmes soulevés par l'impression de films plastiques, dans lesquels chaque rouleau a un ordre différent de passage sur des machines qui ne peuvent imprimer qu'une couleur chacune. Une autre thèse au CEA-DAM a traité des problèmes d'ordonnancement du démantèlement d'armes nucléaires, caractérisés par un grand nombre d'opérations (5000). Un thème de recherche plus récent est l'ordonnancement de tâches réentrantes, où certains produits doivent faire plusieurs passages dans des portions de la ligne de fabrication, ce qui ralentit le flux des produits en amont. Ces problèmes extrêmement durs sont observés avec les circuits électroniques ou dans la reprise d'opérations défectueuses.

Un accord de partenariat durable avec le groupe agro-alimentaire Soufflet vise à résoudre des problèmes originaux soulevés par des réacteurs de fermentation. Alors que les biochimistes ont bien maîtrisé les processus de fermentation, l'industrialisation soulève des problèmes d'ordonnancement originaux et très complexes : traitements par lots avec mise en culture préalable des micro-organismes; remplissages,vidages et désinfections des cuves; courbes à respecter pour l'évolution de la température; placement de capteurs.

Dans le cadre de la thématique transversale de l'ICD sur la maîtrise des risques, nous nous intéressons à l'ordonnancement de la maintenance. Il s'agit de déterminer des périodes d'indisponibilité des machines pour cause de maintenance ou, plus généralement, d'ordonnancer simultanément des opérations de production et de maintenance en présence de contraintes de coût, de disponibilité ou de ressources humaines. Nous souhaitons aussi prendre en compte la maintenance au moment de la conception d'un système de production, pour une meilleure prévision dela productivité.

Problèmes de placement

Les problèmes de placement sont fréquents en production et ils ont de nombreuses similitudes avec les problèmes d'ordonnancement sur le plan théorique, ce qui explique leur présence dans l'axe 1. Il s'agit de placer des objets dans des contenants (au sens large) pour minimiser par exemple le nombre de contenants ou la perte de matière ou d'espace. Les applications très nombreuses incluent la découpe de matériaux(bois, tissu, verre) et le chargement de véhicules et de conteneurs.

Une thèse en cours qui rejoint le transport combine problèmes de chargement et problèmes de tournées de véhicules. Il s'agit par exemple de charger des caisses dans des semi-remorques et effectuer des tournées, pour que le camion puisse être déchargé dans l'ordre de visite aux clients.  En arrivant à un client, il ne doit plus y avoir d'obstacles entre les caisses pour ce dernier et la porte arrière du camion. Ces problèmes sont très ardus. D'un côté, des clients proches et donc propices à une livraison par une même tournée peuvent avoir un ensemble de caisses impossibles à placer dans un seul véhicule. D'un autre côté, un véhicule rempli à 100% peut faire une tournée trop coûteuse si les clients sont loin les uns des autres.