Les systèmes de production flexibles

La production industrielle est la transformation de matière première en produit fini demandé par le marché. Des entrées supplémentaires sont né-cessaires pour le bon fonctionnement telles que : l’énergie, les équipements, les informations du marché, le Design du produit [140].

La flexibilité est la capacité et la vitesse d’adaptation à de nouvelles situations [136], et a été introduite à divers niveaux des systèmes de production pour suivre les tendances et la variabilité des demandes du marché assez rapide-ment tout en minimisant les coûts. Ainsi, un système de production flexible ou FMS¹se caractérise par sa faculté à réagir aux changements prévisibles et 1. L’acronyme SFP pour Système de Production Flexible est utilisé pour caractériser ce type de système. En anglais ça se traduit par "Flexible Manufacturing System" d’où l’acronyme

imprévisibles [162]. Les FMS sont des systèmes complexes constitués d’élé-ments comme les postes ou stations de travail, d’aires de stockages, de maté-riels de transport tels que les convoyeurs, robots et des opérateurs humains [17], [139].

2.2.1 Types de flexibilité

La flexibilité est un concept ancien utilisé dans divers domaines. Elle voit

ses débuts dans le monde économique dans les années 1920 [149], pour

en-suite être utilisé dans le milieu manufacturier au début des années 1950 sur les machines [78].

La classification et la définition des types de flexibilité des systèmes manu-facturiers sont des thématiques qui ont fortement été abordées dans les tra-vaux de recherches bien avant les années 1990. Malgré cette ancienneté, de récents travaux évoquent des difficultés à trouver des appellations standards sur les termes de types de flexibilité, ce qui fait en sorte que différents termes peuvent être utilisés pour caractériser une même flexibilité [91]. Ainsi plus de 70 termes relatifs aux types de flexibilité ainsi que leurs mesures ont été recensés dans la littérature [153], [149]. Sachant que plusieurs termes peuvent renvoyer à un même type de flexibilité ou juste avec des différences mineures dans la définition.

L’objectif de cette partie n’est pas de tous les énumérer mais plutôt de citer quelques-uns en lien direct avec la thématique de recherche de cette thèse comme la flexibilité : Des outils de manutention, de routage, des opérations, des machines et du produit.

2.2.1.1 Flexibilité des outils de manutention

Les outils de manutention constituent l’ensemble des équipements et ma-tériels (Chariots élévateurs, convoyeurs, robots mobiles, bras manipulateurs, etc.) utilisés pour le transport des produits y compris ceux servant à ran-ger, charger ou décharger ces produits. La flexibilité de ces outils concerne leur capacité à déplacer efficacement les produits des systèmes de produc-tion qu’ils servent [149]. Cette flexibilité permet aussi aux ressources de ma-nutention de prendre en charge une grande variété de produits.

La modularité permettant aux ressources de transport de se scinder en plu-sieurs autres, est également une forme de flexibilité voire de reconfigurabi-lité. En effet, cette transformation leur permet de répondre efficacement et de s’adapter aux besoins de transport [61].

2.2.1.2 Flexibilité de routage

Concerne l’aptitude de pouvoir utiliser plusieurs machines pour réali-ser le même type d’opération sur un produit. Dans la flexibilité de routage, chaque opération dans la séquence de fabrication d’un produit dispose de plusieurs machines capables de la réaliser avec des performances et qualité similaires ou différentes [161]. C’est ce type de flexibilité qui est intégré dans les problèmes de Job-Shop flexible (Voir plus de détails dans la section2.5.3).

2.2. Les systèmes de production flexibles 15 Machine 2 Machine 3 Matière première Machine 1 Machine 4 Machine 5

Fraisage

Lavage

FIGURE2.1 – Illustration flexibilité de routage : Spécification des différents

che-mins possibles en pointillés pour la fabrication d’un produit devant passé par une opération de fraisage puis de lavage

2.2.1.3 Flexibilité des machines

La variété des types d’opérations que peut réaliser une machine consti-tue sa flexibilité. Cet atout au niveau des machines permet entre autre la ré-duction du temps d’intégrer de nouveaux produits dans le système. Cette flexibilité s’applique à l’ensemble des ressources de production (ressources utilisées pour fabriquer ou assembler des produits). Grâce à la flexibilité des machines, une ressource en panne peut être facilement remplacée par une autre [128].

2.2.1.4 Flexibilité des opérations

Ce type de flexibilité est relatif aux produits, notamment sur les diffé-rentes possibilités que disposent un produit à être fabriqué. Ainsi lorsque plusieurs séquences différentes conduisent à l’obtention d’un même produit on parle de flexibilité d’opération. La séquence d’un produit étant l’ensemble des étapes décrivant sa fabrication [23]. La flexibilité des opérations se dis-tingue de celle de routage car la première concerne l’ordre des processus et les types d’opérations (Exemple : (Perçage puis soudure) ou (soudure puis perçage) conduisent à l’obtention du même produit) et la seconde (routage) est relative à l’ensemble des machines capables de réaliser un type d’opéra-tion (Exemple : Perçage (M₁, M₂ou M₄) puis soudure (M₃ou M₁)).

Machine

FIGURE2.2 – Flexibilité d’une machine pouvant fabriquer trois types de produits

2.2.1.5 Flexibilité du produit

C’est la facilité qu’a un produit à être modifié. La flexibilité d’un produit lui garantit le remplacement, la suppression ou l’ajout de nouveaux éléments. C’est donc la rapidité à laquelle un produit en fabrication peut être changé. Cette flexibilité permet aux entreprises d’être plus réactives et compétitives par la modification rapide des produits existants [149]. Les types de produits qu’un système de production peut fabriquer sans qu’on lui ajoute des équi-pements majeurs est traduite par la flexibilité de production [57].

Produit 1 _{Produit dérivé du 1}

par la suppression d’un bloc

Autre produit dérivé du 1 par la suppression d’un bloc et l’ajout de roues pour former

un train à 3 wagons

FIGURE2.3 – Illustration de la flexibilité des produits

2.2.2 Niveaux de décision dans les FMS

Les décisions dans les FMS permettent de définir les paramètres et sorties de l’atelier comme les types de produits à fabriquer, le type de matériels à utiliser, leurs configurations incluant les emplacements, le contrôle et toute l’organisation de la production à savoir l’ordonnancement des tâches entre autre [2]. Ces décisions ont un impact majeur sur la vie d’une usine ou en-treprise et peuvent être prises pour une longue durée ou à intervalle régulier en fonction du type de décision et de la flexibilité du système. Trois niveaux sont invoqués dans la littérature pour les différentes décisions : Stratégique, Tactique et Opérationnelle [151].

pre-2.2. Les systèmes de production flexibles 17

Premier niveau : Décision Stratégique Long terme

Ex : Que produire, où s’implanter ?

Deuxième niveau : Décision Tactique Moyen terme

Ex : Combien de ressources pour le faire ?

Troisième niveau : Décision opérationnelle Court terme

Ex : Comment et qui le fait?

FIGURE2.4 – Les trois niveaux de décisions

mier niveau concerne les décisions stratégiques. A ce niveau, se définit les objectifs fondamentaux et les décisions qui cautionnent la production de l’ate-lier. Les questions qui concernent les produits à fabriquer, l’emplacement de l’atelier et sa structure générale se posent à ce niveau. Le type de ressources à utiliser (Machines, robots ou/et opérateurs) est aussi évalué. Tuan Le-Anh et

al. [94], considèrent que la définition des chemins que doivent ou peuvent

suivre les AGVs dans un atelier est une décision d’ordre stratégique. Les choix faits à ce niveau sont généralement pour une longue durée.

Les choix effectués sur le moyen terme, sont effectués au deuxième niveau. Les décisions tactiques, reflètent ce second niveau, et fournissent des ré-ponses à des questions plus spécifiques que le premier niveau. Le dimension-nement (nombre de ressources à utiliser et leur emplacement) d’un atelier de production est un choix tactique.Les décisions prises au sommet (premier ni-veau) servent d’entrée à ce niveau [7].

Les décisions opérationnelles régissent l’ensemble des problèmes instanta-nés ou des choix à appliquer sur le court terme. Ainsi, l’ordonnancement des tâches, le choix des itinéraires, la résolution des problèmes de navigation (comportements et règles à adopter en cas de croisement entre deux véhi-cules) sont des décisions d’ordre opérationnel. Les décisions prises au niveau tactique sont détaillées et appliquées à ce niveau [59].

Une forte interaction existe entre les niveaux tactique et opérationnel. Par exemple, suite aux recommandations du niveau opérationnel, le tactique peut réduire le nombre de ressource en utilisation dans la production. Le travail effectué dans cette thèse est essentiellement basé sur des décisions opéra-tionnelles mais permet également de mettre en lumière les interactions entre les niveaux tactique et opérationnel grâce à une étude sur les activités et la productivité des ressources de transport.