© Baroma Tidoumba Flora Bamana, 2018
Analyse et simulation de stratégies de juste-à-temps
dans le domaine de la construction - Application à un
bâtiment multi-étages en bois
Mémoire
Baroma Tidoumba Flora Bamana
Maîtrise en génie mécanique - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Analyse et simulation de stratégies de juste-à-temps
dans le domaine de la construction – Application à un
bâtiment multi-étages en bois
Mémoire
Baroma Tidoumba Flora Bamana
Sous la direction de :
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Résumé
L’industrie de la construction est l’un des secteurs vers lesquels se tournent les pays pour stimuler la création d’emplois dans les moments les plus difficiles. Important moteur dans la croissance économique de la province de Québec et du Canada, l’industrie de la construction recherche constamment des mesures lui permettant d’éliminer toute forme de gaspillage dans ses activités, dès la conception jusqu’à l’achèvement d’un projet. C’est dans cette optique que s’intègre cette maîtrise, dont le but est d’étudier la philosophie du juste-à-temps (JAT) en vue d’application dans le domaine de la construction. Pour ce faire, une revue systématique de la littérature a été faite afin d’établir un état de l’art sur le JAT et les modalités de son application dans la construction. Ensuite, la simulation de la construction d’un bâtiment multi-étages en bois a été réalisée afin de tester les possibilités d’implantation du JAT pour un projet de construction réelle tout en faisant varier différents paramètres clés. Des analyses statistiques ont par la suite été effectuées afin de déterminer l’impact et les interactions de ces paramètres sur la productivité du projet de construction. Finalement, l’étape de synthèse et de recommandations a permis, grâce à l’analyse des résultats, de mettre en lumière le meilleur scénario d’implantation du JAT pour le projet à l’étude. En effet, le meilleur scénario s’est avéré réduire la durée de la construction de 26,09 à 22,31 semaines, en plus d’éliminer les risques de ruptures et d’augmenter le taux d’utilisation des travailleurs. Somme toute, l’étude a permis d’expliciter les concepts essentiels à la mise en application du JAT dans la construction tout en démontrant, au moyen de la simulation, les retombées possibles d’une telle application dans un projet de construction réelle. En effet, peu d’études discutent du sujet et encore moins démontrent les bénéfices quantitatifs liés à son implantation. Cette étude en fait l’illustration et par conséquent contribue respectivement à la science et à l’industrie en rapportant clairement les avenues d’implantation du JAT dans la construction et en déterminant la mesure dans laquelle les livraisons JAT, les méthodes Lean, et la préfabrication pourraient être mis en œuvre en vue d’en retirer des bénéfices sur les chantiers de construction.
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Abstract
As a driving force in the economic growth of the province of Quebec and Canada, the construction industry is constantly looking for measures to eliminate all forms of waste in its activities, from the design stage to completion of a project. This research aims to study the philosophy of just-in-time (JIT) for application in the construction field. To do so, a systematic literature review was conducted to establish a state of the art on JIT and the modalities of its application in construction. Afterward, a simulation model was developed to test different possibilities of JIT implementation for a real construction project with different key parameters. Statistical analyzes were then executed to determine the impact and interactions of these parameters on productivity in the construction project under investigation. Finally, the synthesis and recommendations step highlighted, through the analysis of the results, the best scenario to implement. Indeed, the best scenario allowed to reduce the construction duration from 26.09 to 22.31 weeks, to eliminate the risk of shortages and to increase workers utilisation rate. In sum, the study has provided thorough enlightenments on concepts essential to JIT implementation in construction. Few studies discussed the subject and even less demonstrated the quantitative benefits of its implementation. This study therefore contributes to science and the industry by reporting pathways of JIT implementation in construction while determining the extent to which JIT deliveries, Lean methods, and prefabrication could be implemented to derive benefits on construction sites.
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Table des matières
Résumé ... 3
Abstract ... 4
Liste des figures ... 7
Liste des tableaux ... 8
Liste des abréviations ... 9
Remerciements ... 10
Avant-propos ... 11
Introduction générale ... 1
Revue de la littérature ... 3
Le juste à temps ... 3
Le juste à temps dans la construction ... 6
Le concept de la simulation ... 7
Objectifs et méthodologie ... 13
Phase 1 : Revue systématique de la littérature ... 14
Phase 2 : Simulation... 15
Phase 3 : Analyses statistiques ... 16
Phase 4 : Synthèse et recommandations ... 17
Just in time in construction: description and implementation insights ... 18
Résumé ... 19
Abstract ... 20
Introduction ... 21
JIT in construction: systematic literature review ... 21
Planning the review ... 21
Conducting the review ... 22
Discussion ... 23
Reporting and dissemination ... 23
Description of different implementation scenarios of JIT ... 25
Conclusion ... 26
References ... 27
Appendix ... 29
Simulation of a prefabricated wooden building using JIT and Lean strategies to reduce construction duration 32 Résumé ... 33 Abstract ... 34 Introduction ... 35 Literature review ... 36 Methodology ... 37 Case study ... 38 Data collection ... 38
Current state simulation model ... 39
Model verification and validation ... 42
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Simulation of various scenarios ... 43
Results per scenario ... 45
Conclusion ... 47
Acknowledgment ... 48
References ... 48
Just-in-time and Lean in Construction: Simulation of a Six-story Building to Improve Productivity ... 50
Résumé ... 51 Abstract ... 52 Introduction ... 53 Literature review ... 54 Research methodology ... 57 Pre-analysis ... 58 Data collection ... 59
Current state simulation model ... 61
Model verification and validation ... 64
Results ... 65
Simulation of various scenarios ... 65
Results per Scenario ... 66
Design of Experiments ... 71
Best scenario for the case study ... 74
Implementation framework ... 75 Conclusion ... 77 Appendix ... 79 Notation ... 82 References ... 82 Conclusion ... 85 Bibliographie ... 89
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Liste des figures
Figure 1 Méthodologie de recherche. ... 14
Figure 2 Number of occurrences of JIT elements and KPI mentioned in the SLR. ... 25
Figure 3 Scenarios of implementation of JIT in construction. ... 26
Figure 4 Mechanism on run initialized. ... 40
Figure 5 Creation of order and choice of path... 41
Figure 6 Decision to replenish. ... 42
Figure 7 Main steps of the analysis. ... 58
Figure 8 Root causes of low productivity. ... 59
Figure 9 The building in terms of its seven divisions. ... 60
Figure 10 Different elements intervening on the construction site activities. ... 61
Figure 11 Mechanism on run initialized. ... 62
Figure 12 Regular replenishment decision process. ... 63
Figure 13 Creation of order and choice of path... 64
Figure 14 Graph of construction duration vs stock for different scenarios with one work shift. ... 68
Figure 15 Graph of shortages vs. stock for different scenarios with one work shift. ... 69
Figure 16 Graph of labor utilization vs stock for different scenarios with one work shift. ... 69
Figure 17 Pareto diagram of normalized effects on construction duration. ... 72
Figure 18 Graph of main effects on construction duration. ... 73
Figure 19 Graph of interactions of effects for construction duration. ... 74
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Liste des tableaux
Table 1 Details concerning the variations of each parameter. ... 44
Table 2 Description of the different scenarios tested. ... 44
Table 3 Results of different scenarios tested. ... 47
Table 4 Details of the variations of each parameter... 66
Table 5 Results for the different scenarios for one shift. ... 67
Table 6 All the different combinations for the DOE. ... 71
Table 7 Results of the P value analysis for each effect on construction duration, labor utilization, and shortages. ... 73
Table 8 Results of the current state vs. the best scenario for this case study. ... 75
Table A 1 Results of the SLR. ... 29
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Liste des abréviations
DOE : Design d’expériences DOE : Design of experiment JAT : Juste-à-temps
JIT : Just-in-time
QEC : Quantité économique à commander RSL : Revue systématique de la littérature SLR : Systematic literature review
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Remerciements
Je tiens à remercier tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce travail.
Je tiens particulièrement à exprimer mes sincères remerciements à ma directrice de maîtrise Mme Lehoux pour sa disponibilité et l’excellent encadrement qu’elle m’a prodigué pendant mes deux années au second cycle. Grâce à sa grande clarté d’esprit et toujours dans une bonne humeur contagieuse, elle a su me guider tout au long de mon projet, me permettant ainsi de mieux avancer. Elle me laisse comme cadeau son empreinte de qualité qui teintera à jamais ma vie professionnelle.
Mes remerciements s’étendent également à Mme Cloutier, l’une des co-auteures de mes trois articles, qui de par son expertise a participé et veillé activement à la réussite de nos articles scientifiques. J’adresse aussi mes vifs remerciements à M. Blanchet et M. Gagné dont le travail au CIRCERB a grandement assuré et facilité l’avancement de mon projet par le biais de mon partenaire industriel Nordic Structures.
Je ne laisserai cette occasion passer sans remercier tous les partenaires industriels du CIRCERB, sans qui cette étude n’aurait pas vu le jour, spécialement Nordic Structures (par le biais de M. Faelli) pour leur temps et leurs données lorsque j’en avais besoin durant l’étude.
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Avant-propos
Ce travail intitulé « Analyse et simulation de stratégies de juste-à-temps dans le domaine de la construction – Application à un bâtiment multi-étages en bois », est réalisé afin d’obtenir le diplôme de maîtrise en Génie Mécanique (MSc.) de l’Université Laval. Il a été effectué sous la direction de Mme Nadia Lehoux au sein de la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois, CIRCERB.
Ce mémoire est rédigé selon le principe d’insertion d’articles avec deux articles de conférence et un article de journal, tous coécrits avec Mme Nadia Lehoux et Mme Caroline Cloutier. Pour chacun des trois articles, j’ai œuvré en tant qu’auteure principale responsable de toutes les recherches, rédactions, travaux et analyses relatifs à l’étude.
Le premier article intitulé « Just in time in Construction: Description and Implementation
Insights » a été soumis le 23 novembre 2016 à la conférence « LC3 : Lean & Computing in Construction Congress » et présenté à la 25e édition de cette conférence le 10 juillet 2017 à Crète, Grèce. La version publiée est identique à la version présentée dans ce mémoire.
Le second article intitulé « Simulation of a Prefabricated Wooden Building Using JIT and
Lean Strategies to Reduce Construction Duration » a été soumis le 08 décembre 2017 à la
conférence « International Conference on Information Systems, Logistics and Supply Chain (ILS) » et sera présenté à la 7e édition de cette conférence le 08 juillet 2018 à Lyon, France.
La version publiée est identique à la version présentée dans ce mémoire.
Le troisième article intitulé « Just-in-time and Lean in Construction: Simulation of a
Six-story Building to Improve Productivity » a été soumis au journal « Construction Engineering and Management » le 29 mai 2018. La version soumise est identique à la
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Afin de respecter les politiques de confidentialité du partenaire industriel, Nordic Structures, les données présentées dans l’étude sont fictives. En effet, les données quantitatives collectées et les résultats de la simulation ont été modifiés proportionnellement avec un facteur mathématique. Ce mémoire ne contient donc aucun détail précis sur les paramètres du chantier de construction ainsi que sur le savoir-faire de la compagnie.
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Introduction générale
Depuis plusieurs années, les succès du juste-à-temps (JAT) ont fait de cette philosophie d’origine manufacturière un sujet de curiosité pour les professionnels et chercheurs des autres domaines. Dans le domaine de la construction, les entreprises voulant se démarquer et assurer une pérennité économique de leur organisation, elles se sont alors tournées vers cette philosophie dans le but d’éliminer les gaspillages et les pertes de temps. Cependant, les entreprises ne peuvent plus de nos jours aspirer au succès simplement en tenant compte de l’aspect économique. En effet, l’industrie de la construction étant une industrie clé de l’économie mondiale, canadienne, et québécoise, elle est également celle qui engendre le plus haut niveau de pollution (Horvath, 2004). Sur une base par unité, le ciment est le composant le plus énergivore et le plus polluant du domaine, alors que la construction représente à elle seule jusqu'à 30 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre par an tout en consommant jusqu'à 40 % de l'énergie mondiale (UNEP, 2018). Compte tenu de la croissance massive des nouvelles constructions à l’étendue du globe, du fait que deux millions d’habitants urbains supplémentaires sont attendus d’ici 2030 et de l'inefficacité de certains bâtiments existants, si aucune action n’est prise, les émissions de gaz à effet de serre des bâtiments risquent de doubler dans les 20 prochaines années (UNEP, 2018). Les aspects sociaux et environnementaux se doivent donc d’être considérés dans un souci de préservation des ressources pour les générations futures et de sain développement des sociétés dans lesquelles évolueront ces générations. L’usage du bois dans la construction devient alors une planche de salut gagnant en popularité partout sur le globe.
Le but de la recherche consiste à évaluer comment le JAT, philosophie ayant engendré des gains dans le domaine manufacturier, peut être appliqué dans la construction et s’avérer une pratique durable. Pour ce faire, les travaux ont donc voulu expliciter le JAT en construction tout matériau confondu, évaluer différents scénarios d’implantation du JAT, et ultimement proposer la meilleure combinaison de paramètres pour maximiser la productivité dans un projet de construction.
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La méthodologie utilisée se ramifie en quatre phases, la phase 1, la revue systématique de la littérature, a permis de comprendre en quoi consiste le JAT dans la construction. La phase 2, la simulation, a rendu possible la conception d’un modèle de simulation reflétant la construction réelle d’un bâtiment multi-étages et l’expérimentation de différents scénarios. La phase 3 a reposé sur la réalisation d’analyses statistiques et sur l’établissement d’un plan d’expérience, alors que la phase 4 a veillé à faire une synthèse des résultats et à formuler des recommandations en fonction de la construction à l’étude.
À la lueur des résultats obtenus de la simulation, le meilleur scénario pour la compagnie partenaire du projet impliquerait d’avoir 3 jours de stock tampon sur le chantier, de garder le même niveau de préfabrication et de faire du Lean sur le chantier en réduisant de 4 à 8 min le temps de déplacement sur le chantier, afin d’obtenir une durée de la construction passant de 26,09 à 22,31 semaines, un taux d’utilisation des travailleurs augmentant de 68,9% à 80,9% et l’élimination des risques de ruptures de stock sur le chantier.
Cette étude contribue au milieu académique en explicitant les modalités d'application du JAT dans l’industrie de la construction. Même si l’étude porte sur un bâtiment en bois préfabriqué spécifique, les concepts exploités restent assez généraux pour être appliqués à d'autres projets de construction. Cette étude contribue également à l’industrie en déterminant la mesure dans laquelle les entreprises pourraient mettre en œuvre les livraisons JAT, les méthodes Lean dans les activités de chantier et la préfabrication des matériaux dans un projet de construction, afin d’augmenter la productivité
Le présent mémoire comporte six sections. La première présente une revue littéraire succincte des grands concepts utilisés dans l’étude, étant donné qu’une revue exhaustive pour chaque grand thème abordé dans la recherche sera incluse à l’intérieur des trois articles constituant le cœur du mémoire. La deuxième section explique la méthodologie utilisée dans la réalisation de l’étude, tandis que les sections trois, quatre et cinq introduisent les articles rédigés dans le cadre de la maîtrise. La sixième section conclut le mémoire, suivie de la bibliographie.
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Revue de la littérature
L’objectif de cette section est d’introduire les concepts généraux utilisés dans cette étude, grâce à la documentation scientifique disponible sur le JAT, le JAT dans la construction, ainsi que la simulation. Le premier article portera par la suite principalement sur une revue systématique du JAT dans le domaine de la construction tandis que les deux autres articles proposeront une revue sur la construction au Canada et l’intérêt porté au bois dans le domaine de la construction.
Le juste à temps
Avant de se lancer dans l’utilisation du concept du JAT, il est important d’en comprendre les origines et de saisir l’essence même de son fonctionnement. Le JAT est une philosophie développée au Japon au tour des années 50 par Taichi Ohno et ses collègues de chez Toyota, dont la principale motivation était l’élimination des gaspillages à tous les niveaux de la chaîne de production (Ghada, 2012). La philosophie est décrite par Sugimori et al. (1977) comme étant une méthode permettant de réduire considérablement le délai de production en faisant en sorte que tous les processus produisent les pièces requises au moment nécessaire, tout en ayant en stock que le minimum pour maintenir le flot du processus.
Schonberger (1982), cité dans Ebrahimpour and Schonberger (1984), rapporte le concept comme étant la production et la livraison de produits finis juste à temps pour être vendus, de sous-assemblages juste à temps pour être assemblés dans les produits finis, d’éléments fabriqués juste à temps pour être utilisés dans des sous-assemblages et de matériaux achetés juste à temps pour être transformés en éléments fabriqués. Ebrahimpour and Schonberger (1984) tirent leurs propres conclusions par la suite et présentent le JAT comme étant la production d’une unité dans un processus à incorporer juste à temps dans un processus subséquent.
Une autre vision intéressante est celle de Koskela (2000). Ce dernier souligne que les gains en productivité, obtenus grâce à la mise en place d’une meilleure politique d’organisation et
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à l’application de certaines méthodes managériales, connues au départ sous le JAT, ont été appelées la production Lean depuis le début des années 70. Plusieurs définitions sont ainsi attribuables au JAT, chacune d’elles restant néanmoins fidèles au but de la philosophie, soit de produire et de fournir la pièce voulue au moment requis, dans les quantités et la qualité requises.
Dans la philosophie du JAT, tous les efforts sont concentrés pour offrir le produit au bon moment, à bas coûts, et à bonne qualité au client. L’harmonisation de ces trois critères, délais-qualité-prix, présente toujours des difficultés de juste équilibre pour les organisations. Afin d’équilibrer ces critères sans entraîner des dépenses faramineuses, les entreprises ont tout intérêt à améliorer leur efficacité opérationnelle.
Suite aux échos des performances de la compagnie Toyota en matière d’efficacité opérationnelle, plusieurs entreprises se sont inspirées de leurs méthodes. Afin de maximiser le rapport délais-qualité-prix, les sept catégories de gaspillages identifiées par le système de production de Toyota et présentées aux paragraphes suivants, deviennent alors très intéressantes à considérer (Koskela, 2000; Hohmann, 2009).
La surproduction
La surproduction peut être due à la perte d’un lot de produits ou à une fabrication de non qualité. Indépendamment de son origine, la surproduction entraîne l’utilisation supplémentaire de matériel, d’énergie et de temps. La surproduction peut être observée dans le cas où les besoins en matériaux sont mal communiqués à un fournisseur d’éléments préfabriqués et que ce dernier soit contraint de lancer une nouvelle production pour éventuellement livrer le bon lot à temps sur le chantier.
L’attente
Les attentes dans un système témoignent souvent d’un manque d’organisation ou de synchronisation entre les activités. Ne pouvant pas aller plus vite que le goulot dans un système, les attentes résultent en des processus inefficients et des pertes de temps. Dans l’exemple mentionné ci-dessus, le lancement en production d’un mauvais lot engendrera un
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délai de livraison sur le chantier. Les équipes en place n’auront d’autre choix que d’attendre la livraison des bons matériaux afin qu’elles puissent poursuivre leurs activités.
Le transport
Tout déplacement de matériel, n’apportant aucune valeur ajoutée aux produits, engendre des pertes d’énergie et des temps d’attente inutiles en aval. En effet, dans le cas où le mauvais lot est livré sur le chantier avant que les équipes ne s’en aperçoivent, cette livraison est considérée comme étant inutile puisqu’elle crée des pertes de temps et d’énergie.
Les processus inappropriés
L’utilisation d’équipements, de méthodes, ou de processus très hautement technologiques et par conséquent chers sont inutiles si un équipement, une méthode, ou un processus plus simple permettrait d’effectuer les mêmes activités de fabrication ou d’édification.
Les stocks inutiles
Les stocks inutiles résultent souvent d’une surproduction ou encore d’une mauvaise prévision de la demande à un moment donné. L’accumulation des stocks engendre d’énormes coûts d’entreposage et de maintenance. Ainsi, l’espace occupé par des stocks inutiles sur les chantiers encombrent les espaces déjà restreints et empêchent l’utilisation de ces espaces pour effectuer d’autres activités à valeur ajoutée, sans mentionner la détérioration de certains matériaux qui n’est pas à prendre à la légère.
Les mouvements non nécessaires
Les mouvements non nécessaires entraînent des pertes d’énergie et de temps pour les travailleurs qui doivent se déplacer ou parcourir des distances afin d’effectuer leur travail. Aussi, les stocks retrouvés sur les chantiers de construction sont généralement composés de matériaux lourds nécessitant l’usage de grues pour les déplacer. Lorsque ces matériaux sont déplacés inutilement, des pertes d’énergie et de temps sont observables.
6 Les défectuosités
Les défectuosités entraînent des coûts supplémentaires et des pertes de temps à relancer un nouveau lot de fabrication ou à effectuer du contrôle qualité sur le lot touché par la défectuosité.
En récapitulatif à cette introduction sur le JAT, il a été observé que le JAT implique la fabrication et la livraison du bon produit exactement au moment où le client en a besoin dans le but de réduire les gaspillages (temps, énergie, et coûts) liés à la logistique, à la production et au stockage. La section suivante présente le concept général du JAT dans la construction ainsi que les observations faites sur son existence dans ce secteur d’activité.
Le juste à temps dans la construction
Au cours des dernières années, les manufacturiers ont travaillé pour améliorer la productivité et la qualité de leurs processus tout en réduisant les délais. Les chercheurs et les industriels du milieu de la construction ont quant à eux effectué des progrès dans l’amélioration des pratiques Lean sur le terrain (Zimmer, 2008). Cependant, la majorité de leurs efforts furent axés sur le chantier en tant que tel, négligeant ainsi la chaîne de valeur complète des opérations de construction (Zimmer, 2008).
D’après la définition proposée par Cossio and Cossio (2012), le JAT dans le domaine de la construction consiste à fabriquer de plus petits lots de chaque pièce et à les envoyer au moment requis afin de respecter les échéanciers et de réduire l’espace d’entreposage sur le chantier. En effet, Akintoye (1995) cité par Pheng (2001) souligne que le JAT peut être appliqué dans la logistique de management des sites de construction afin d’augmenter le niveau de productivité. Une autre définition avancée par Opfer (1998) rapporte le JAT comme étant une stratégie dans laquelle le rapprochement des matériaux et des composants, le plus près possible des chantiers, permettrait de les avoir sur les chantiers au moment où ils sont nécessaires pour l’installation.
Suite aux différents articles lus des auteurs Bjornfot, A. and Sarden, Y. (2006), Salem (2006), Koskela (2000), Koskela et al. (2004), Bo, J. and Stephen, E. (2008), et Eriksson
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(2010), la définition suivante peut également être proposée au JAT dans le domaine de la construction. Le JAT dans le domaine de la construction consiste à s’assurer de la livraison de produits par les fournisseurs, sur les chantiers de construction, au bon moment, afin que les temps alloués à chaque tâche soient respectés. Ainsi à postériori, le temps prévu pour la réalisation du projet équivaudrait au temps véritablement investi pour effectuer la construction.
Selon Lim et Low (1992) cités par Pheng (2001), avec le système de management JAT en place, les matériaux peuvent être livrés sur le chantier de construction le jour même de leur utilisation ou un jour avant. Les changements et imprévus étant inhérents au domaine de la construction, dans la pratique, n’avoir aucun stock présenterait des risques élevés de ruptures de matériaux, d’où le concept de JAT modifié introduit par Pheng and Chuan (2001). Le JAT modifié consiste à garder un certain niveau de stock sur le chantier, mais la quantité de ce stock devra être définie stratégiquement. Cependant, il a été observé que lorsque les matériaux sont livrés en JAT, s’ils nécessitent une sorte de conditionnement sur le chantier avant leur utilisation, ou si la localisation des matériaux sur le chantier engendre beaucoup de recherche et de déplacements inutiles pour les travailleurs, les livraisons JAT perdraient alors de leur intérêt. D’où l’importance de la préfabrication des matériaux et du Lean dans les activités du chantier.
Les projets de construction étant des systèmes complexes, de par la présence de différents intervenants et les interactions multiples qu’on y retrouve, la simulation se positionne comme un outil parfait dans l’étude de ce type de systèmes. La section suivante introduit le concept de la simulation et la structure de la simulation à événements discrets.
Le concept de la simulation
La simulation est définie comme étant le développement d’un modèle mathématique logique d’un système réel et de manipulations expérimentales du modèle (Biles 1987). Les termes « modèle » et « système » sont importants dans la compréhension de la simulation, dans la mesure où le modèle s’avère le moyen choisi pour illustrer les caractéristiques importantes du système (Biles 1987). Comme expliqué par Biles (1987), un système est une
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collection d'éléments d'un secteur circonscrit de la réalité faisant l’objet de l’étude. Les frontières du système sont définies afin d'inclure les éléments qui sont jugés les plus importants et d'exclure les éléments de moindre importance à l’étude. Le modèle doit posséder des représentations des entités ou objets du système et refléter les activités dans lesquelles s’engagent ces entités.
Comme décrit par Banks (1999), la simulation est l'imitation des opérations d’un système du monde réel au fil du temps. La simulation implique la génération d'une histoire artificielle du système et l’observation de cette histoire artificielle pour tirer des conclusions concernant les caractéristiques de fonctionnement du système réel qui est représenté. La simulation est également définie comme étant une méthodologie de résolution de problème indispensable pour la résolution de nombreux problèmes du monde réel. Elle est utilisée pour décrire et analyser le comportement d’un système, poser des questions au conditionnel du type « si » sur le système réel, et aider à la conception de systèmes réels (Banks, 1999).
La simulation, technique utilisée dans cette étude, s’appuie donc sur une représentation du fonctionnement d’un système réel, soit la construction d’un bâtiment multi-étages en bois, afin d’anticiper l’évolution des caractéristiques du système si soumis à différentes configurations d’implantation de la philosophie du JAT.
Les simulations peuvent être classées en fonction de leur stratégie de mise en œuvre. La simulation de systèmes continus, la simulation de Monte Carlo, la simulation à événements discrets, la simulation hybride et la simulation basée sur des agents sont toutes des stratégies de mise en œuvre particulières (White and Ingalls, 2015). La simulation à événements discrets est celle utilisée dans cette étude. Dans ce type de simulation, les variables d'état changent à des points discrets dans le temps où les événements se produisent. Les événements se produisent en conséquence à des temps d'activité et des délais. Les entités peuvent être en compétition pour l’obtention des ressources du système, éventuellement en joignant des files d'attente où elles attendent que la ressource soit disponible (Banks, 1999). Un modèle de simulation à événements discrets est conduit au fil du temps par un mécanisme qui déplace vers l’avant le temps simulé. L'état du système est
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mis à jour à chaque événement avec la saisie et la libération des ressources qui peuvent se produire à ce même temps.
Comme expliqué par Ingalls (2008) et White and Ingalls (2015), peu importe la complexité de la simulation, un modèle conçu à l’aide de la simulation à événements discrets comporte les composants de base présentés ci-dessous.
Entrées, sorties, et état
Les actions de l'environnement sur un système sont appelées les entrées du système. Ces entrées provoquent des changements dans la condition interne du système, appelée l'état du système. Les sorties sont ces quantités mesurées, qui peuvent être dérivées de l'état du système. Ce sont les sorties qui permettent de répondre aux interrogations ayant initié l'étude de la simulation. En d'autres termes, les entrées provoquent des changements dans l’état du système et ceux-ci sont reflétés par des changements dans la sortie.
Entités et attributs
Les entrées sont créées par l’arrivée dynamique des entités dans le système. Sans entités, rien ne se passerait dans le système. Ces entités se déplacent à travers le système et sont les éléments structurels qui affectent les changements au niveau des variables d’état du système. Des exemples d’entités dans le système à l’étude sont les réapprovisionnements de matériaux de l’usine au chantier et les commandes de matériaux de la zone de stock tampon au chantier. Un réapprovisionnement comme une commande possède des caractéristiques lui permettant d’obtenir des quantités de différents matériaux en fonction de l’avancement de la construction. En effet, une condition d'arrêt pour une simulation est le fait qu’il n'y ait pas d'entités actives dans le système. Dans le système à l’étude, la condition d’arrêt repose sur le moment où les quantités nécessaires de matériaux pour achever la construction sont toutes consommées.
Les entités ont des attributs. Ces attributs sont des caractéristiques qui sont uniques à cette entité. Dans la simulation à l’étude par exemple, chaque réapprovisionnement ou chaque
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commande possède des attributs uniques tels que leurs heures d’arrivée exactes dans le système, leurs tailles, et leurs destinations.
Activités et événements
Les activités sont des processus et de la logique dans la simulation. Les événements sont des conditions qui se produisent à un moment donné et qui provoquent un changement dans l'état du système. Une entité interagit avec des activités pour créer des événements. Il y a trois principaux types d'activités dans une simulation: les délais, les files d'attente et la logique.
Une activité de délai se produit lorsque le déplacement d'une entité est suspendu pendant une période définie. Dans le système à l’étude, l’on peut noter comme activité de délai le temps de déchargement des matériaux qui suspend le déplacement de l’entité de réapprovisionnement à la zone de stock tampon.
Les queues sont des endroits dans le système où les entités attendent pour une période non déterminée. Les entités peuvent attendre que des ressources soient disponibles ou qu’une condition spécifique du système se produise. Dans le système à l’étude, un exemple est la queue dans laquelle les matériaux préparés à la zone de stock tampon attendent jusqu’à leur utilisation.
Les activités de logique permettent aux entités d’affecter l’état du système grâce à la manipulation des variables d'état ou de décisions logiques. Dans le système à l’étude, un exemple serait la décision logique dont le but est de vérifier s’il y a assez de matériaux en inventaire. Si ce n’est pas le cas, un réapprovisionnement est lancé, affectant ainsi l’état du système avec une nouvelle entrée de réapprovisionnement.
Ressources
Les ressources représentent n’importe quel élément dans une simulation qui a une contrainte de capacité. Les ressources sont partagées en temps par les entités et les entités sont généralement retardées après avoir saisi une ressource. Des exemples communs de
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ressources incluent les travailleurs, les machines, les nœuds dans un réseau de communication et les intersections de trafic. La grue, le grutier, le chariot élévateur, le conducteur du chariot élévateur, et les travailleurs sont des exemples de ressources dans le modèle à l’étude.
Variables globales
Les variables globales permettent de suivre tout ce qui pourrait être d’intérêt. Les quantités économiques à commander (QEC) des différents matériaux par division en sont des exemples. En modifiant ces variables, le simulateur peut analyser l'efficacité de différentes configurations de QEC.
Générateur de nombres aléatoires
Chaque outil de simulation a un générateur de nombres aléatoires. Le générateur de nombres aléatoires (techniquement appelé un générateur de nombres pseudo-aléatoires) est un logiciel de routine qui génère un nombre aléatoire indépendant uniformément réparti entre 0 et 1. Ce nombre est ensuite utilisé pour échantillonner d'autres distributions aléatoires. Par exemple, dans le système à l’étude, il a été déterminé que le temps de déchargement des camions est uniformément distribué entre 10 minutes et 20 minutes. Ainsi, à chaque fois qu'une entité de réapprovisionnement passe par ce processus, le générateur de nombres aléatoires génère un nombre entre 0 et 1 et évalue la formule de la distribution uniforme qui a un minimum de 10 et un maximum de 20 unités de temps. À titre d'exemple, supposons que le nombre aléatoire généré est 0,8134. Le temps de déchargement serait alors 10 + (0,8124) * (20-10) = 18,124 unités de temps. Le générateur de nombres aléatoires est donc utilisé comme une entrée pour déterminer tout ce qui est valeurs aléatoires dans la simulation.
L’horloge et le calendrier
L'horloge est une variable globale qui porte la valeur de l'heure actuelle dans la simulation. Le calendrier est une liste d'événements programmés pour se produire dans le futur, c'est-à-dire, à des heures d'horloge plus tard que l’heure actuelle. Dans chaque simulation, il n'y a qu'un seul calendrier et il est ordonné en fonction du temps planifié le plus ancien. À
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n’importe quel temps x dans la simulation, chaque événement qui a déjà été planifié à se produire dans le futur, est tenu sur le calendrier.
Les collecteurs statistiques
Les collecteurs de statistiques recueillent des statistiques sur la valeur des variables globales, les attributs des entités, etc. Trois différents types de statistiques peuvent être collectées, celles utilisées pour compter, comme pour compter le nombre de réapprovisionnements effectués dans le système, celles utilisées pour calculer une valeur à travers le temps, comme le taux d’utilisation des travailleurs, et celles de pointage qui recueillent des valeurs, une observation à la fois, sans égard à la quantité de temps entre les observations.
La simulation permet de mieux comprendre les interactions entre les variables, de diagnostiquer les problèmes et d’avoir un meilleur aperçu de l’importance de ces variables; ceci dans le but d’obtenir une compréhension plus éclairée des effets importants de ces variables sur la performance globale du système (Banks, 1999). Cependant, en plus du niveau élevé de compétences et d’expérience requises pour développer un bon modèle de simulation et interpréter ses résultats (Banks, Carson and Nelson, 1996; Law and Kelton, 1991; Pegden, Shannon and Sadowski, 1995; and Schriber, 1991 cité par Banks, 1999), la vérification et la validité du modèle demeurent la clé sans quoi une faible confiance sera accordée aux conclusions issues de la simulation. La vérification du modèle est le processus permettant de déterminer que le modèle fonctionne comme prévu (Centeno, 1996). La validation, quant à elle, est un processus permettant de s'assurer qu'un modèle est une représentation acceptable du système réel (Centeno, 1996).
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Objectifs et méthodologie
La recherche effectuée dans le cadre de la maitrise avait pour objectif général d’évaluer comment le JAT, philosophie ayant apporté des retombées positives dans le domaine manufacturier, pouvait être mise en pratique dans le domaine de la construction et générer des bénéfices. Les objectifs spécifiques poursuivis étaient :
• D’expliciter le JAT en construction tout matériau confondu; • D’évaluer différents scénarios d’implantation du JAT;
• De proposer la meilleure combinaison de paramètres pour maximiser la productivité dans un projet de construction.
Pour ce faire, l’étude a été réalisée en quatre grandes phases présentées ci-bas. Les quatre phases incluent la revue systématique de la littérature, la simulation, les analyses statistiques, ainsi que la synthèse et les recommandations.
La phase 1 entièrement présentée dans l’article 1 a consisté en la réalisation d’une revue systématique de la littérature sur le JAT dans la construction afin de mieux saisir le concept et de bien cerner comment les organisations peuvent le mettre en pratique. À partir de cette revue, un cadre préliminaire proposant des pistes de déploiement du JAT a alors pu être réalisé. La phase 2 discutée en partie dans l’article 2 a reposé sur la conception d’un modèle de simulation reflétant la construction d’un bâtiment en bois de six étages. À partir de ce modèle, il devenait alors possible de tester différents scénarios de déploiement de stratégies de JAT tout en mesurant leur valeur. La phase 3 a fait appel à des analyses statistiques afin de mieux cerner les stratégies ayant le plus d’effet sur trois indicateurs clés. Une synthèse des résultats obtenus ainsi que des recommandations pour le futur ont finalement été formulées, ce qui constitue la phase 4 de la recherche. L’expérimentation, l’analyse des résultats, la synthèse et les recommandations se retrouvent à l’intérieur de l’article 3 du présent mémoire. La figure 1 résume chacune des phases exécutées.
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Figure 1 Méthodologie de recherche.
Phase 1 : Revue systématique de la littérature
À la première phase de l’étude, une recherche systématique sur le JAT a été effectuée dans la documentation scientifique. Comme mentionné par Tranfield et al. (2003), la revue systématique de la littérature consiste à « améliorer la qualité du processus de revue en synthétisant les recherches de manière systématique et reproductible ». Il a tout d’abord été question de définir les objectifs poursuivis en effectuant la revue systématique. En effet, la revue systématique de la littérature a été menée afin de mieux comprendre le JAT et d’évaluer comment le JAT permettait de résoudre les problèmes observés dans la construction. Ainsi, l’analyse des résultats issus de la littérature a permis de confirmer la
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présence du JAT en construction, de cibler les facteurs tels que le Lean et la préfabrication comme étant des moyens de déploiement de la philosophie et les indicateurs clés à utiliser pour mesurer les bénéfices liés à l’implantation du JAT dans la construction.
Phase 2 : Simulation
En parallèle à la phase 1, la collecte de données et la modélisation du système réel ont débuté, impliquant des allers-retours entre l’une et l’autre des deux étapes afin de concevoir un modèle de simulation qui reflète bien la réalité. Le logiciel utilisé fut Simio, un logiciel 3D reposant sur la simulation de flux à événements discrets (Simio, 2018). La collecte de données a consisté à recueillir auprès du partenaire industriel les plans de la construction, les horaires des livraisons de matériaux sur le chantier et les données relatives aux quantités de matériaux, d’équipements et d’équipes de travail utilisés.
À l’étape de modélisation, un modèle conceptuel a tout d’abord été effectué, puis converti en model digital dans Simio. Le modèle digital initial était constitué de l’usine, de la zone de stockage et du bâtiment.
En parallèle, la collecte de données a continué, en effectuant des rencontres avec le partenaire industriel et des visites de chantiers. Le flux de matériaux a ensuite été ajouté, puis validé en collaboration avec le partenaire industriel. En effet, la conversion du model conceptuel en model digital en soi est insignifiante à moins que ce dit model digital soit minutieusement vérifié et validé (Centeno, 1996). La fiabilité du modèle est directement affectée par la qualité du processus de vérification et de validation.
La vérification implique d'assurer que les codes et logiques du modèle fonctionnent comme prévu, et la validation cherche à montrer que le comportement du modèle représente celui du système réel à l’étude (Centeno, 1996). Les validations ont valu à plusieurs reprises des modifications sur le modèle, la bonification du modèle digital initial avec de nouveaux intrants. En effet, les bonifications ont impliqué entre autres, l’explosion du bâtiment en divisions puis en sous-assemblages, l’ajout des équipes de travail, de leur horaire, de leur pause dîner, et des divers équipements utilisés (la grue, le chariot élévateur, et l’abri des travailleurs) dans le but d’instaurer un dynamisme plus réel des activités sur le chantier. Les différents groupes de logique comme la logique de réapprovisionnement de l’usine au chantier ont ensuite été développés.
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Les expérimentations des différents scénarios ont dès lors pu être effectuées, permettant d’obtenir les résultats présentés dans les articles 2 et 3. Les scénarios testés concernaient toutes les combinaisons possibles de niveau de Lean (0, 50, ou 100%), de niveau de préfabrication (80 ou 100%), de nombre de jours de stock tampon sur le chantier (1, 2, 2,33, 3, ou 4 jours), et de nombres d’équipes sur le chantier (1 ou 2). Les scénarios testés dans l’article 2 incluent les scénarios avec une équipe de travail uniquement. Les scénarios avec deux équipes, soit une équipe le matin et une équipe le soir ont été testés et présentés dans l’article 3. Grâce à l’étape de validation impliquant diverses consultations avec l’expert du projet auprès de la compagnie, plusieurs modifications ont été apportées au modèle dont une qui a permis de mettre à jour le séquençage des activités des travailleurs et des équipements sur le chantier. Après l’étape de validation revisitée plus d’une fois, les différents scénarios d’implantation ont été suivis de l’analyse des résultats obtenus et ainsi que de discussions des conclusions préalables avec le partenaire industriel.
Phase 3 : Analyses statistiques
À la phase 3, un design d’expériences a été fait afin de déterminer l’influence des différents paramètres sur les indicateurs de performance utilisés dans les analyses, soit la durée de la construction, le taux d’utilisation des travailleurs et les ruptures de stock. Le design d’expériences a consisté en l’utilisation d’une approche factorielle sous Minitab, un logiciel statistique conçu pour analyser des données, déterminer les causes des problèmes observés dans le système et ultimement améliorer le système. La première analyse statistique effectuée a permis de déterminer les facteurs ayant un effet significatif sur chacun des indicateurs de performance, la seconde analyse de déterminer quels facteurs influençaient négativement, positivement ou de manière neutre les indicateurs et la troisième de déterminer si l’interaction entre les différents facteurs avait une influence sur chacun des indicateurs de performance. L’impact de la variation des facteurs définis a ensuite été mesuré sur les trois indicateurs clés. Grâce au design d’expériences (DOE), il a été possible de déterminer comment chaque paramètre et leurs interactions influençaient la productivité du projet de construction, ce qui a permis d’établir des recommandations.
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Phase 4 : Synthèse et recommandations
À la phase 4, les grandes conclusions issues de l’interprétation des résultats de la simulation et des analyses statistiques ont été dégagées. Le meilleur scénario d’implantation du JIT a été proposé au partenaire industriel, accompagné des recommandations telles que la mise de l’avant du Lean sur le chantier et dans les activités de construction pour maximiser les gains. Le cadre d’implantation préliminaire proposé suite à la revue littéraire a ensuite été revisité et amélioré à la lueur des résultats issus de l’étude.
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Just in time in construction: description and
implementation insights
L’article intitulé « Just in time in construction: description and implementation insights » est inséré dans cette section du mémoire. Il a été soumis le 23 novembre 2016 à la conférence « LC3 : Lean & Computing in Construction Congress » et présenté à la 25e
édition de cette conférence le 10 juillet 2017 à Crète, Grèce. La version publiée est identique à la version présentée dans ce mémoire.
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Résumé
L'industrie de la construction a depuis longtemps été en proie aux problèmes de productivité et de gestion des gaspillages sur les chantiers de construction. Cet article étudie comment la philosophie JAT pourrait aider à pallier à ces problèmes. L'article illustre quatre scénarios de mise en œuvre du JAT en construction selon le niveau de coordination requis, la gestion sur le chantier visée et le partage de l'information désiré. La méthodologie qui consiste en une revue systématique de la littérature sur le JAT dans la construction confirme la nécessité d'adapter cette philosophie pour un déploiement adéquat dans la construction. Les conclusions issues de la revue systématique de la littérature confirment également les liens étroits entre le JAT, le Lean et la préfabrication pour une gestion efficace d’un projet de construction.
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Abstract
The construction industry has long been plagued with productivity and waste management issues on construction sites, unmet deadlines, and client dissatisfaction over the quality of the construction delivered. Having greatly aided the manufacturing industry, this paper investigates how the JIT philosophy could help with these difficulties. The paper illustrates four scenarios of JIT implementation in construction according to the level of coordination required, on-site management, and information sharing. The methodology which consists of a systematic literature review on JIT in construction confirms the need to adapt this philosophy for an adequate deployment in this industry. It also confirms the close ties between JIT, lean construction, and prefabrication for successful construction project management.
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Introduction
Several authors address the fact that productivity in the construction industry has improved significantly but is still lagging behind other industries (Pheng and Chuan 2001; Asri et al. 2016). A way to address this issue is to embrace the just in time (JIT) philosophy which consists of providing the right materials, in the right quantities and quality when it is needed in order to reduce waste and to provide maximum value (Tommelein and Li 1999; Tommelein and Weissenberger 1999; Vokurka and Davis 1996). More research indicates that JIT in construction consists of producing smaller batches of each component and sending them on site at the required installation time in order to reduce waste, diminish on-site storage space, and meet the deadlines and high standards of the construction industry (Cossio and Cossio 2012). The goal of the paper is to show how JIT may reduce costs, waste, and quality problems encountered in a construction project. To achieve this goal, different scenarios of JIT implementation are proposed determined by the level of coordination required, construction site management, and information sharing. The paper contributes to scholars by identifying elements that influence JIT implementation in construction and to practitioners by presenting requirements for its successful implementation. The paper contains six parts. An introduction, a systematic literature review (SLR), a discussion of results, a conclusion, references, and an appendix.
JIT in construction: systematic literature review
In order to show how JIT can help to better deal with issues in construction, a scientific methodology called systematic literature review (SLR) is applied. The goal of a SLR is to “improve the quality of the review process by synthesizing research in a systematic and reproducible manner” (Tranfield et al. 2003). As these authors agreed, conducting a systematic review passes through three stages: planning, conducting, and reporting.
Planning the review
The first phase in the planning stage is to state the need for the review. This review is needed in order to present studies in which JIT has been implemented in a construction project. The studies will be used to equip practitioners with proper strategies of
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implementation and if not, to highlight gaps in those studies that could be filled in future studies. The second phase consists of preparing questions that should be answered by the review. For this research, the following questions are identified:
1) Is there a presence of JIT in construction mentioned in scientific literature? 2) Which shape does JIT take in construction?
3) Which indicators measure performance when JIT is implemented in construction?
The third phase presents the methodology used while conducting the review. Step one of phase three consists of an identification of keywords that will be used in the review. In the second step, a search in all engineering databases with established keyword combinations is done. The third step consists of an analysis of titles and abstracts of results. In the fourth step, articles that do not respect logical pre-established criteria are eliminated. The fifth step refers to a complete analysis and classification of the remaining articles.
Conducting the review
Identification of research
The databases used in the search of scientific articles are Compendex and Inspec from the research databases Engineering Village and Web of science. Engineering Village has been selected because it is an excellent choice for rigorous scientific research specific to engineering. Web of science has also been chosen because it covers a wide variety of scientific areas. The research coverage period has been left by default, from 1884 to 2016 in Engineering village and from 1900 to 2016 in Web of science in order to cover all potential articles. The research was done for the last time on September 27, 2016. Key concepts of the subject matter are “just in time” and “construction”. Synonyms found for each of them in the synonym database Thesaurus are "JIT" and "Build-to-order" for "just in time", and "building" and "prefabrication" for "construction" (an asterisk is used after prefabricat to search all words starting with prefabricat and finishing with all its suffixes). The research consisted of equations which are combinations of key concepts and their synonyms while specifying their appearance in the Subject, the Title or the Abstract. The nine research equations are as follow: “just in time” Near/6 construction, “just in time” Near/6 building, “just in time” Near/6 prefabricat*, “JIT” Near/6 construction, “JIT” Near/6
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building, “JIT” Near/6 prefabricat*, “Buid-to-order” Near/6 construction, “Buid-to-order” Near/6 building, and “Buid-to-order” Near/6 prefabricat*. In all research equations, "Near/6" is used to specify the presence of at most six words between the two key concepts. After testing all combinations, the Boolean operator OR was used in order to present results of all combinations together. A third database from the International Group for Lean Construction (IGLC) was also used because IGLC has been working on the subject for several years. IGLC conference papers relating to JIT in construction were searched on January 16, 2017.
Selection of studies
A total of 164 articles were found with Engineering Village, 227 with Web of science, and 83 with IGLC. In order to refine the results in Web of science, only articles from categories: operations research management science, industrial engineering, management, manufacturing engineering, civil engineering, and multidisciplinary engineering are kept since they relate more to JIT in construction. Of the 146 articles left in Web of science, 164 in Engineering Village, and 83 in IGLC, titles and abstracts are scanned by using five logical criteria. Articles kept are articles discussing only JIT in building construction, construction supply chain, tools used to implement JIT in construction, JIT success factors, and barriers to the presence of JIT in construction. This leaves us with a result of 23 articles from which critical information is extracted such as performance indicators used to measure the impact of the implementation of JIT in a construction project and tools used to undergo the implementation. Table A1 in the appendix summarizes the findings.
Discussion
Reporting and dissemination
Analysis of resulting papers showed that scientific literature covers Lean in construction (eight papers) and JIT in construction (7) more than JIT implementation in construction (3). Indeed, few articles discuss an implementation of JIT in construction even though some of them underlined the impact of prefabrication and Lean techniques used on construction sites. No paper showed quantitative results on the impact of different levels of prefabrication as well as buffer stock and construction site organisation on the outcome of a
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construction. Eighteen out of twenty-three articles discussed JIT in construction, JIT implementation in construction along with Lean in construction and prefabrication.
Response to research questions
As the first research question concerned the presence of JIT in construction in scientific literature, we can now confirm that it is the case. The second question dealt with the form JIT typically takes in construction. The case studies from the SLR mention and describe how JIT has been applied in several construction projects whether big or small. However, Tommelein and Weissenberger (1999) and Pheng and Chuan (2001) maintain that in practice a buffer is necessary and its size should be determined strategically. In construction, JIT mostly covers the management of deliveries (Tommelein and Li 1999; Asri et al. 2016) and control of buffer stock levels on construction sites (Pheng 2001; Pheng and Chuan 2001; Ng et al. 2009; Roos et al. 2010; Amornsawadwatana 2011; Cossio and Cossio 2012) through a pull system (Akintoye 1995; Tommelein and Li 1999; Low and Wu 2005; Viana et al. 2015). Furthermore, the implementation of JIT principles in construction seems to require prefabrication (Cossio and Cossio 2012), Lean techniques, an integration of the materials procurement time frame with the construction project schedule, and evaluation of supplier performance to ensure quality of delivered materials while avoiding rework on site (Opfer 1998). Figure 2a presents the number of times these elements are mentioned to support an implementation of JIT in construction. Question three was about the indicators used to measure performance when JIT is implemented in construction. Figure 2b illustrates the number of times KPIs such as costs are mentioned to assess the results of an implementation of JIT in construction. The most frequently mentioned KPIs, in descending order, are costs, productivity, project duration, amount of buffer stock, quality of construction, and waste quantity. Five out of the six KPIs are elements that impact only a portion of the building’s life cycle. However, the fifth KPI: quality of construction, which depends on client satisfaction, should have a greater weight since it lasts throughout the project's entire life cycle. Moreover, the adoption of JIT in construction seems to generate qualitative results such as better partnership between suppliers and contractors and improved system of deliveries (Cossio and Cossio 2012).
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Figure 2 Number of occurrences of JIT elements and KPI mentioned in the SLR.
Description of different implementation scenarios of JIT
According to the literature, JIT benefits on a construction project’s value chain depend on the prefabrication plant, the construction site, and the flows between them. As pointed out by Pheng (2001), one party trying to adopt a JIT philosophy while the other does not, will realize his efforts are futile and will not achieve the potential benefits. The situation is also depicted in Viana et al. (2015). Figure 3 illustrates four scenarios of JIT in construction. Scenario I shows that low information sharing between the plant and the site and low supply chain coordination are respectively less favourable to (-) prefabrication of components and (-) JIT deliveries while low construction site management suggests (-) low presence of Lean principles on the site. In scenarios II and III, one or two elements are less present, making it difficult to obtain gains on the overall value chain. Scenario IV illustrates the best scenario for JIT implementation in construction where high information sharing and high supply chain coordination are respectively more favourable to (+) prefabrication of components and (+) JIT deliveries while high construction site management suggests (+) the presence of Lean principles on the site.
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Figure 3 Scenarios of implementation of JIT in construction.
Pheng (2001) states that prefabrication has come with “the hope of reaping the benefits of factory-styled operations” since it entails benefits such as improved quality, waste reduction, and faster erection of buildings. However, even if an efficient plant makes JIT deliveries, if there are no resources available to unload them on site, the truck and its driver will remain monopolized. Such a situation illustrates the need for JIT deliveries to ensure the fast erection resulting from prefabrication but also the need to use Lean in construction site activities to avoid waste of time (Friblick et al. 2009). For example, Khalfan et al. (2008) used Kanban, “one of the Lean approaches” in their construction project “to pull construction materials through their production systems on a just-in-time basis”. Moreover, Lean tools such as 5S (Deshpande et al. 2012) are used to ensure that the construction site is well organized to improve performance of workers and optimal movements of materials on site. It can be concluded that successful prefabrication needs successful implementation of JIT while successful JIT implementation in construction requires adoption of Lean in construction site activities. However, the scenarios present some limitations. It is supposed that the plant is able to provide materials regardless of the demand and that it can manufacture different levels of prefabricated materials. These scenarios do not apply if the plant does not meet such expectations.
Conclusion
The research showed through the SLR that JIT exists in construction and helped identify the JIT elements applied as well as the KPIs used to measure the impact of their implementation. Moreover, the research proposed four scenarios to illustrate the influence
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of three JIT elements (prefabrication, JIT deliveries, and presence of Lean principles) on the successful implementation of JIT in construction. However, the aforementioned scenarios are purely qualitative. Future work will use activity-based software to simulate different scenarios presenting various levels of prefabrication, on-site buffer stock, and Lean on-site activities in order to obtain quantitative KPI measurements.
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