Soutenance mémoire
TECHNIQUES METAHEURISTIQUES
ÉTAT DE L’ART
Les performances des entreprises dépendent fortement des méthodes d’organisation et d’exploitation de leurs ressources. C’est pourquoi, il est nécessaire de disposer d’un système de production qui réponde au besoin du marché. Parmi les systèmes adoptés, il y a la production cellulaire. Dans ce chapitre, nous allons examiner ce système de production ainsi que des systèmes traditionnel jobshop (multigammes) et flowshop. 1.2 Technologie de groupe La technologie de groupe (TG) (comme son nom l’indique), consiste à regrouper des choses semblables. La TG est une méthode industrielle qui profite de la similarité des produits en les regroupant en familles. Le concept clé de la TG est de diviser totalement les produits en famille en fonction de leurs caractéristiques communes. L’idée principale derrière la division des produits est de regrouper les pièces similaires ensemble afin d’améliorer la productivité des systèmes industriels et de réduire le coût et le temps de production. 1.3 Systèmes de production Les systèmes de production sont classés en fonction du volume de production et du nombre des pièces produites. Une grande variété de produits traités provoque une diminution de volume de produits. Pour une grande demande, le système flowshop est le plus adopté, mais avec une variété réduite de produits. Pour une grande gamme, le système de production job shop est plus efficace pour un volume de production réduit, entre les deux, on trouve le 5 système de production cellulaire qui profite des avantages des deux systèmes. Il vise une plus grande efficacité et flexibilité pour les petites et moyennes séries. 1.3.1 Le système de production jobshop Pour une demande réduite, le système de production jobshop est utilisé à condition que s’ajoute un lot de produits très grands pour réduire le prix de production unitaire. Un environnement est dit jobshop si les équipements sont regroupés par type d’opération dans des ateliers différents. Les ateliers de production sont alors constitués de machines semblables. Le système jobshop est moins vulnérable aux perturbations causées par les bris mécaniques ou l’absence de personnel. Dans un atelier jobshop ou multi-gammes, la production offre une grande flexibilité lors du traitement d’une grande variété de pièces. Dans un environnement jobshop, le cheminement des produits entre les ateliers se croise (figure 1.1), ce qui provoque des difficultés de manutention. En outre, le problème d’ordonnancement est complexe, car chaque atelier peut être un endroit d’entrée, de passage ou de sortie du produit. Le système de production flowshop Un environnement de production flowshop, appelé aussi mono-gamme, est préférable lorsque la demande est élevée avec un nombre de produits réduit, ce qui a pour effet de réduire la variation dans le processus de production pour les différents types de produits. Ce système de production offre une meilleure efficacité si les produits fabriqués ayant une variété réduite. Chaque ligne de production est sélectionnée pour fabriquer un ensemble de produits à variété réduite. Dans un environnement flowshop, le problème de croisement de cheminement de produits (figure 1.2) est évité, ce qui réduit les problèmes de manutention. De surcroît, le problème d’ordonnancement est moins complexe qu’un environnement jobshop; pour cela, il suffit de trouver la séquence de pièces optimales qui minimise le makespan. Cependant, ce système demeure moins flexible qu’un environnement jobshop. Le système de production cellulaire Il est préférable d’opter pour le système de production cellulaire si le volume de production est raisonnable et s’il y a une variété de pièce moyenne. Le système manufacturier cellulaire (SMC) est un système industriel basé sur la technologie de groupe (TG). Ce concept bénéficie des similitudes des composants industriels pour améliorer la productivité. La fabrication cellulaire implique la transformation d’une famille de pièces similaires sur un groupe de machines différentes. Cette méthode procède par la division physique des équipements de fabrication dans des cellules de production en s’inspirant du regroupement de l’organisation des concepts communs, des principes et des opérations afin d’améliorer la productivité [10]. Afin d’utiliser au mieux les avantages de la technologie de groupe, tels que la réduction des coûts de manutention et les délais de production, la transformation de toute la famille de pièces doit se faire à l’intérieur d’une seule cellule. Toutefois, il existe, en pratique, des opérations qui nécessitent un transfert dans une autre cellule : ce sont des éléments exceptionnels. Le système manufacturier cellulaire est un compromis entre le flow shop et le job shop visant une plus grande flexibilité et efficacité. Dans un système de production cellulaire (figure 1.3), les pièces sont classées par familles selon la similarité de processus, et les machines sont regroupées en cellules suivant les exigences des opérations de ces familles. Dans la pratique, chaque cellule de machines est spécialisée pour fabriquer une ou plusieurs familles de pièces Configuration d’un système de production cellulaire Les cellules de production sont idéalement conçues de telle manière que les matières premières entrent dans une cellule et sortent en produits finis. Une cellule de production peut être complètement utilisée, indépendante ou connectée. Cellule complètement utilisée Chaque pièce d’une famille affectée à une cellule donnée doit être transformée par toutes les machines constituant cette cellule. Cellules indépendantes Chaque pièce de la famille est complètement transformée dans la cellule, indépendamment des autres cellules. Néanmoins, un tel regroupement n’est jamais atteint étant donné que les différentes pièces exigent généralement des processus différents. En d’autres termes, les 9 mouvements intercellulaires et les sous-utilisassions des cellules sont souvent inévitables, mais ils peuvent quand même être réduits [5]. Cellules connectées Contrairement aux cellules indépendantes, les cellules connectées sont liées à d’autres cellules. Deux cellules dites « connectées » si la sortie de l’une est celle de l’entrée de l’autre. Un produit est complètement transformé à condition qu’il passe par les deux cellules. Dans un tel cas, la prise de décision et le chargement des cellules doivent se faire pour que les cellules puissent être connectées ensemble. Les cellules peuvent être connectées en série ou encore en série-parallèle [64]. Les cellules connectées en série sont des cellules où le produit est transformé dans toutes les cellules de manière séquentielle (un saut de cellule peut alors être effectué). Dans les cellules connectées en série-parallèle, les familles de produits sont en mesure de suivre des chemins différents en fonction des opérations nécessaires et de se rencontrer dans la même cellule pour amorcer d’autres opérations. 1.5 Système de contrôle de la production cellulaire Un système ne peut fonctionner correctement en l’absence d’un système de contrôle, cela est appliqué aussi pour les systèmes manufacturiers. Ainsi, toute bonne mise en œuvre des cellules de production exige un système de planification et de contrôle. Le chargement des cellules et l’ordonnancement cellulaire sont les deux principales activités qui ont un intérêt capital dans la fabrication cellulaire. 1.5.1 Chargement des cellules Le chargement des cellules est une activité de planification de production qui se traduit par l’affectation des produits à l’intérieur des cellules. Cette activité permet aussi de déterminer le 10 type et les quantités de produits dans chaque cellule. Les objectifs généraux de cette étape sont la minimisation des retards, la maximisation de l’utilisation des cellules et l’équilibre de la charge entre les cellules [65]. 1.5.2 Ordonnancement cellulaire Dans un système de production cellulaire, il faut organiser et déterminer les délais de fabrication dans chaque cellule, C’est l’ordonnancement cellulaire. L’ordonnancement est un processus d’allocation des ressources au fil du temps pour réaliser un ensemble de tâches [66]. L’ordonnancement cellulaire est également un processus qui sert à déterminer le temps de début et d’achèvement sur des machines différentes une fois qu’un produit est affecté à une cellule. L’ordonnancement cellulaire peut dépendre de la configuration des cellules, des délais de traitement des produits sur des machines différentes ainsi que des délais de livraison. Dans un environnement de production cellulaire, le problème d’ordonnancement est plus facile à résoudre en ce qui à trait aux environnements traditionnels flowshop et jobshop. Pour un problème de m machines et de n pièces, les solutions possibles des ordonnancements dans un milieu jobshop sont (n!)m. Même pour un problème de petite taille, le nombre de solutions possibles est très important; par exemple, pour un problème de 6 pièces et 5 machines, on a (6!)5 = 1934917632×105 . Ce nombre est beaucoup plus important pour des problèmes de moyenne et de grande taille. En revanche, si les pièces sont regroupées et traitées en famille, le problème d’ordonnancement devient beaucoup plus simple et réduit à (n!) possibilités.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 ÉTAT DE L’ART
1.1 Introduction
1.2 Technologie de groupe
1.3 Systèmes de production
1.3.1 Le système de production jobshop
1.3.2 Le système de production flowshop
1.3.3 Le système de production cellulaire
1.4 Configuration d’un système de production cellulaire
1.5 Système de contrôle de la production cellulaire
1.5.1 Chargement des cellules
1.5.2 Ordonnancement cellulaire
1.6 La conception des cellules de production
1.6.1 Sélection du routage de fabrication
1.6.2 Regroupement cellulaire
1.7 Techniques de résolution
CHAPITRE 2 TECHNIQUES METAHEURISTIQUES
2.1 Introduction
2.2 Le recuit simulé
2.2.1 Le mécanisme du recuit simulé
2.2.2 Algorithme
2.2.3 Domaines d’applications
2.3 Algorithme génétique
2.3.1 Principe
2.3.2 Domaines d’applications
2.4 La recherche tabou
2.4.1 Principe
2.4.2 Applications
2.5 Les réseaux de neurones
2.6 L’algorithme de grand déluge étendu
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 LA CONCEPTION DES CELLULES DE PRODUCTION
3.1 Introduction
3.2 Sélection du routage de fabrication optimal
3.2.1 Modèle mathématique
3.2.2 Exemple
3.3 Formation des cellules de fabrication
3.3.1 Solution proposée
3.3.2 Méthodologie proposée
3.3.2.1 Le grand déluge étendu
3.3.2.2 La méthode du recuit simulé
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 ORDONNANCEMENT CELLULAIRE
4.1 Introduction
4.2 Solution proposée
4.2.1 Ordonnancement
4.2.2 Méthode de recherche itérative
4.2.3 Solution voisine
4.2.4 Calcul du makespan
4.2.5 Adaptation de la méthode proposée
4.2.6 Traitement des éléments exceptionnels
4.2.6.1 Première solution faisable
4.2.6.2 Procédure d’amélioration
4.2.6.3 Exemple illustratif
4.3 Conclusion
CHAPITRE 5 VALIDATION ET SYNTHÈSE
5.1 Introduction
5.2 Regroupement cellulaire
5.3 Ordonnancement
5.3.1 Évaluation de l’algorithme de GDE
5.3.2 Ordonnancement cellulaire
5.3.2.1 Exemple illustratif
5.3.2.2 Solution améliorée
CONCLUSION
ANNEXE I REGROUPEMENT CELLULAIRE
REFERENCES
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