- PARTIE 1 - Introduction sur la production...

Partie 1 : Introduction sur la production industrielle

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Sommaire

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Introduction

Cette partie a pour objectif de situer le contexte gnral de la thse, c'est dire le domaine de la gestion de production et des systmes de production. S'agissant d'un domaine peu explor dans le monde de la recherche parce qu'encore ses balbutiements (en France, la gestion de la production n'est toujours pas considre comme une science part entire), il m'a sembl utile et mme indispensable de commencer par donner quelques dfinitions. L'une des particularits de la gestion de production est qu'elle repose souvent sur des rgles de logique et de bon sens plus que sur des thories mathmatiques abstraites. Un minimum de rigueur est donc ncessaire pour la promouvoir au rang des sciences nobles, et ceci passe en partie par l'utilisation d'une terminologie sans ambigut.

C'est ce qui explique la place donne au chapitre 1, et plus particulirement aux dfinitions, qui dans un autre cadre, auraient pu tre donnes en annexe.

Le chapitre 2 fait une prsentation de l'volution de la production depuis le dbut de l're industrielle. Il met en vidence les caractristiques trs contraignantes auxquelles la production moderne doit s'adapter. Le concept du "Juste Temps" est voqu ainsi que les nouvelles rgles imposes par le march.

Dans le chapitre 3, la production est classifie suivant 4 critres :

structure du produit,

modes de production,

circulation des produits dans l'atelier,

relation avec le client.

Chacun de ces critres comporte plusieurs classes, et la combinaison de chacune de ces classes permet d'tablir jusqu' 64 configurations diffrentes (4 x 4 x 2 x 2 = 64), bien que l'on se soit content de prendre uniquement les principaux critres et les classes les plus significatives. On entr'aperoit dj la diversit qui existe au sein des systmes de production.

Pour cette recherche, on se focalisera sur la production de produits structure convergente fabriqus en srie et sur commande.


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A la fin de ce chapitre, un modle de reprsentation des flux est propos permettant de situer les principales tapes et donnes d'un processus de production de produits assembls.

Le chapitre 4 prsente les cinq principaux modes de pilotage de flux de production que l'on rencontre dans les ateliers de production : pilotage centralis (pouss), par l'aval (tir), par l'amont, synchronis, par les contraintes.

Les flux physiques et les principales implantations de lignes de production sont classifis dans le chapitre 5. On met surtout en relief les modes de transfert possibles entre les postes de travail.


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I- Dfinitions, techniques, rgles et principes gnraux d'organisation et de gestion de la production industrielle

I.1- Contexte gnral

La production industrielle comporte trois lments en interaction :

Le CLIENT prouve un BESOIN immdiat ou diffr pour un PRODUIT ralis par l'ENTREPRISE.

I.2- Dfinitions de base

- ENTREPRISE : La norme [AFNOR 90] dfinit l'entreprise comme un "Systme dirig et organis en services dont la finalit est de gnrer de la valeur ajoute"

- CLIENT : Dans la mme source, le client est : "La personne ou l'entit pour qui le produit a t conu".

- PRODUIT : L'Analyse de la Valeur prsente le produit comme "ce qui est (ou sera) fourni un client pour rpondre son besoin" [AFNOR 90]. Cette dfinition correspond donc au produit final commercialis par l'entreprise.

De faon plus concrte, dans le domaine industriel, ce produit final peut tre un ENSEMBLE (ou produit compos ou appareil) ou un COMPOSANT indivisible (ou pice) correspondant un bien d'quipement, un bien de consommation durable ou un composant destin tre intgr dans un bien d'quipement ou de consommation.

ENTREPRISE

CLIENT PRODUIT

Figure 1 : Les 3 lments de la production


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La dfinition du produit nous amne expliquer de nouveaux termes :

- ENSEMBLE : [BLONDEL 97] dfinit un ensemble comme "la runion et l'assemblage de plusieurs pices lmentaires, constituant un lment nouveau stockable dans cet tat".

Cette dfinition s'applique aussi la notion de SOUS-ENSEMBLE, dont la principale diffrence avec l'ENSEMBLE est qu'il ne correspond pas un produit fini.

- PIECE dtache ou COMPOSANT indivisible : On appelle pice tout constituant simple du produit compos de matire et de VALEUR AJOUTEE.

- VALEUR AJOUTEE : C'est la diffrence entre la valeur de la production et les consommations de biens et de services fournis par des tiers pour raliser cette production [BLONDEL 97]. Elle peut donc s'exprimer simplement par l'opration suivante :

VENTES (produits, pices dtaches)

- ACHATS (machines, matire premire, salaires)

= VALEUR AJOUTEE

A ces dfinitions de base, on peut rajouter quelques autres termes qui seront rencontrs dans ce mmoire :

- ORDRE de FABRICATION (O.F) : C'est la commande l'atelier d'un produit donn, pour une quantit donne et gnralement dans un dlai respecter.

- STOCK et ENCOURS : [AFNOR 91] et [AFGI 91] distinguent prcisment les STOCKS des ENCOURS :

- Le STOCK correspond , un moment donn et un endroit donn , la quantit d'un article non encore utilis soit pour l'encours, soit pour la consommation, mesure dans une unit de stockage approprie. Le stock se situe donc l'interface des flux externes de l'entreprise.

- L'ENCOURS a pour effet ou pour fonction de constituer un "tampon" de rgulation des flux internes. De faon plus gnrale, un encours correspond l'accumulation d'une diffrence de flux entre deux ressources. Au point de vue comptable, tous les articles (pices, sous-ensembles et ensembles) en cours de fabrication sont considrs comme tant sortis du stock fournisseurs ou matires premires et non encore rentrs dans le stock clients ou produits finis. Donc la totalit des articles prsents dans le flux interne du processus, qu'ils soient en attente devant une ressource, en transfert d'une ressource vers une autre, ou en transformation sur une ressource, est considr comme de l'ENCOURS.


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- CAPACITE : La CAPACITE d'une ressource correspond la quantit maximale d'units d'uvre pouvant tre raisonnablement (ou thoriquement) atteinte dans une priode donne et dans le cadre de certaines hypothses de travail.

Exemple :

- Chane d'embouteillage ayant une capacit de 6000 bouteilles/heure.

- Tour commande numrique ayant une capacit de 36 heures/semaine.

- CHARGE : La CHARGE d'une ressource correspond une demande planifie sur une priode donne et exprime avec la mme unit que la capacit. Pour une ressource donne, la charge doit bien sr tre infrieure ou gale la capacit.

La dfinition du PRODUIT prsentait celui-ci comme correspondant au BESOIN d'un CLIENT. Pour l'entreprise, deux situations peuvent se prsenter, suivant que le produit correspond :

- un BESOIN immdiat, ce qui signifie que le dlai de livraison acceptable par le client est nul;

- un BESOIN diffr, ce qui signifie que le client accepte un dlai de livraison non nul. Ce dlai doit toutefois tre le plus faible possible, car l'entreprise volue dans un march o la concurrence est svre et le dlai peut tre un critre de dcision du client par rapport des produits similaires d'entreprises concurrentes.

La premire situation implique que le produit soit stock en quantit suffisante sur le lieu de vente. L'entreprise doit donc produire sur des prvisions de vente et constituer un stock de produits capable de rpondre la demande.

La seconde situation implique que l'entreprise produise avec un dlai infrieur ou gal au dlai acceptable par le client.

Dans [BITEAU 98], cette situation est caractrise par un ratio d'incertitude Ri dont la valeur peut tre infrieure 1 si le lancement de la production se fait partir d'une commande ferme, et suprieure 1 si l'entreprise est oblige de commencer sa production avant de savoir exactement quelle sera la demande du client.

Ces deux cas vont tre dtaills par la suite, et d'autres dfinitions complmentaires celles-ci seront donnes chaque fois que cela sera ncessaire.


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I.3- Dfinition de la production

[GIARD 88] dfinit la production comme tant une transformation de ressources appartenant un systme productif et conduisant la cration de biens et de services. Les ressources peuvent tre de quatre types :

- des quipements (machines, ...),

- des hommes (oprateurs, ...),

- des matires (matires premires et composants),

- des informations techniques ou procdurales (gammes, nomenclatures, fiches opratoires, ...).

La production d'un bien s'effectue par une succession d'oprations consommant des ressources et transformant les caractristiques morphologiques ou spatiales de "matires".

Comme on l'a dj vu dans la dfinition des STOCKS et ENCOURS, un lment fondamental de la production est la notion de FLUX entre les diffrentes ressources. Un flux correspond une circulation d'entits physiques ou informationnelles au travers d'un processus, caractris par un dbit. En production, on pourra donc distinguer essentiellement deux types de flux : Les flux de matires et les flux d'informations.

Une autre distinction des flux concerne la localisation des flux dans la chane logistique qui comporte trois maillons : approvisionnement, production et distribution. Les flux EXTERNES concernent uniquement l'approvisionnement et la distribution, alors que les flux INTERNES correspondent l'ensemble de la production. La Gestion de Production s'intresse essentiellement aux flux INTERNES de l'entreprise (voir figure 2).

I.4- Dfinition et objectif de la gestion de production

[BLONDEL 97] dfinit la Gestion de Production (G.P) comme la fonction qui permet de raliser les oprations de production en respectant les conditions de qualit, dlai, cots qui rsultent des objectifs de l'entreprise et dont le but est d'assurer l'quilibre entre :

- le taux d'emploi des ressources,

- le niveau des encours et des stocks,

- les dlais.

[MOLET 97] remarque tout fait justement que cet quilibre est trs difficile obtenir puisque "l'on veut rduire en mme temps stocks, dlais, pannes tout en accroissant la flexibilit, la variabilit des produits,... autant d'objectifs complexes, multiples mais


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souvent contradictoires et dont l'importance relative peut varier chaque moment". Il en conclut d'ailleurs que "la gestion de production reste, malgr les apports des outils, la gestion des compromis".

Dans [COURTOIS 95], l'objectif principal de la Gestion de Production est de grer les flux de matires et d'informations par rapport aux objectifs prioritaires dfinis par la Direction Gnrale de l'entreprise. Le schma suivant montre l'ensemble des flux que gre, totalement ou partiellement, la gestion de production.

Figure 2 : Les flux informationnels et physiques

DIRECTION

Flux d'informations

MarketingEtudes de produitsRecherches et DveloppementsMthodesImplantationPrvisons de ventesGestion des commandes

Gammes de fabricationAchats et approv.LancementsQualit et ContrleGestion personnelComptabilitContrle de gestion

Flux de matiresMatires

premiresFabrication Assemblage Produits

ComposantsEmballages


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II- Evolution de la production et nouvelles rgles

II.1- Les principales priodes

Dans [COURTOIS 95] et [BLONDEL 97], on distingue trois quatre priodes qui marquent chacune une volution de la production industrielle :

1re priode : les dbuts de l'industrie ( partir de la fin du 19me sicle), il y a peine 100 ans... ! La production est alors proche de l'artisanat : faibles quantits, grande diversit, personnel trs qualifi (compagnons).

2me priode : de la premire guerre mondiale 1975, priode incluant les fameuses "Trente glorieuses" de l'industrie de 1945 1975, pendant laquelle la demande est trs importante, et mme suprieure l'offre. Les marges sont confortables et les principales caractristiques de la production sont les suivantes : fabrication en trs grandes sries, faible diversit (on connat la phrase d'Henry Ford " Le client qui dsire une Ford T peut demander n'importe quelle couleur, pourvu qu'elle soit noire"), personnel peu qualifi, travail dcoup en tches lmentaires simplifies et rapides pour garantir un enchanement rapide des oprations (voir le dbut du film de Charlie Chaplin "Les Temps Modernes", qui ne doit pas tre aussi caricatural qu'on l'imagine....). Dans ce contexte, pour que l'entreprise existe, il suffit de PRODUIRE PUIS VENDRE.

3me priode : Durant cette priode transitoire, de 1975 1985, l'offre et la demande s'quilibrent, le client a le choix du fournisseur. C'est l'aprs-choc ptrolier, il est ncessaire de faire des prvisions commerciales, d'organiser les approvisionnements, de rguler les stocks. Il faut alors PRODUIRE CE QUI SERA VENDU.

4me priode : Depuis la fin des annes 70, les marchs sont fortement concurrentiels et surtout se mondialisent. L'offre est suprieure la demande et de nouvelles contraintes apparaissent : matrise des cots, qualit, dlais de livraisons courts et fiables, produits personnalisables et faible dure de vie,....Les sries sont toujours importantes, mais trs diversifies : plus de 60 000 variantes pour la Renault 18 la fin des annes 70, plus de 200 000 variantes sur la Peugeot 306 au dbut des annes 90 ( environ 250 variantes de moteurs et 1000 variantes de caisses habilles). Toujours dans l'industrie automobile, le taille moyenne annuelle d'une srie de mme vhicule est de 40 vhicules, le vhicule le plus vendu atteint moins de 8000 exemplaires.


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Des pays comme le Japon sont les prcurseurs de l'utilisation de nouvelles mthodes dont le mot cl est le "JUSTE A TEMPS" . L'entreprise doit tendre PRODUIRE CE QUI EST DEJA VENDU.

II.2- Les nouvelles rgles de la production moderne

Dans le contexte de la 4me priode dfinie prcdemment, l'entreprise est face plusieurs difficults :

Evoluer dans un march volatile, mal matris, ou les clients sont imprvisibles, infidles une marque et sensibles au dlai ou son respect, la qualit, au service aprs-vente.

Trouver des compromis entre stocks minimums, dlais minimums et alas minimums.

Rduire les cots de production, limiter les investissements, disposer de ressources flexibles.

etc...


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III- Typologie de la production

III.1- Structure du produit

Le produit, ainsi que son flux de production, peut avoir plusieurs structures [COURTOIS 95] :

- Convergente : c'est le cas des produits raliss partir de l'assemblage de composants. Cette structure est caractrise par une arborescence prsentant plusieurs niveaux qui correspondent des sous-ensembles du produit final. La forme gnrale du schma ci-dessous permet de mettre en vidence l'autre appellation donne cette structure : "structure en A" [MARRIS 96].

NIVEAU 0

NIVEAU 1

NIVEAU 2

NIVEAU 3

Bride de rglage

Releveur d'Epi

x0,095

Ecrou Nylstop M10CaissePalette(PA1)

x10

(PA2)

x10

Plat 75x3(PA6)

Vis CHcM10-25

Semelle(SSE10)

x0,077

x1

(PA3)

x4

(SE1)

x1

(SE2)Flecteur releveur

x1Rondelle M10

(PA4)

x2Etrier(SSE11)

Plat 20x4(PA7)

(PF1)

x4

x1

Tube Diam. 16(PA8)

Flecteur(SSE20)

x0,5

x1

x0,565Plat 30x4

(PA9)

(SSE21)Semelle

x4

(PA5)

Figure 3 : Structure de produit Convergente


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- divergente ou "structure en V ": cette structure est celle des produits raliss partir de la transformation d'une matire premire unique : ptrole, lait, acier, etc..

- parallle : les produits sont raliss partir de quelques matires premires faiblement transformes : industries de l'emballage, du pneumatique, ...

- points de regroupement ou "structure en T": cette structure drive de la structure convergente, est typique des produits raliss partir de l'assemblage de composants soit spcifiques (structure convergente) soit standards (points de regroupement) : cas de l'industrie automobile, o un mme moteur peut tre implant dans plusieurs vhicules diffrents. Une structure en T cherche concilier la production de masse et la personnalisation des produits. Il s'agit en fait d'un produit de conception modulaire destin permettre la ralisation de produits sur mesure en combinant de diffrentes faons des sous-ensembles dont certains sont standardiss. Une telle conception conduit ainsi dfinir un produit complexe au moyen d'une nomenclature arborescente plusieurs niveaux, chaque niveau correspondant un stade de la dcomposition

Les structures divergentes et parallles correspondent des usines fabriquant des produits peu varis, en trs grandes sries, sur des priodes trs longues avec un march peu fluctuant.

III.2- Modes de production

Les entreprises industrielles qui ralisent des produits implantent et organisent leurs ressources de production en fonction non seulement de la structure du produit, mais aussi du volume de production. On peut ainsi tablir une classification des modes de production [WOODWARD 65] [MULKENS 93] [BARANGER 87] :

- production unitaire ou par projet : le produit est gnralement complexe, ncessite la coordination de plusieurs ressources devant intervenir simultanment ou

Dans la suite de ce travail, on ne s'intressera qu'aux structures convergentes et points de regroupements, les plus frquentes, correspondant aux industries manufacturires de type automobile, lectronique, lectromnager, ameublement, aronautique, etc..


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squentiellement afin de livrer au moment convenu. C'est le cas des grands projets industriels ou civils comme la ralisation d'un navire, d'un ouvrage de gnie civil, de l'organisation d'une manifestation sportive internationale, ....

- production continue : elle correspond aux produits qui subissent des transformations en continu, par le biais d'oprations parfaitement synchronises au niveau de leur temps opratoire : aciries, cimenteries, stations d'puration, raffineries sont des exemples de processus qui correspondent cette typologie. Les quipements de production sont ddis et d'un niveau d'automatisation trs lev.

- production de masse : caractristique des produits structure en A ou V, raliss par fabrication et/ou assemblage en trs grande quantit, mais avec trs peu de variantes. Les ressources de production (hommes et machines) sont donc fortement spcialises et ddies des tches prcises. Le niveau d'automatisation est en gnral lev.

Exemple : fabrication de roulements billes, d'ampoules d'clairage, etc....

- production en petites moyennes sries, rptitives ou pas : c'est le cas des produits structure en A ou T, "personnalisables" en fonction des besoins du client : produits de base avec possibilit d'options ou variantes. Les ressources de production sont trs polyvalentes, flexibles, capables de passer rapidement d'une production une autre. Le niveau d'automatisation est gnralement faible ou nul.

III.3- Circulation des produits dans l'atelier

Cette typologie est trs lie au critre prcdent. On distingue 2 3 grandes classes : circulation en Job Shop et en Flow Shop [WIDMER 91].

- Circulation des produits en Job Shop : C'est le cas d'un atelier gnral, destin fabriquer une grande varit de pices. Les produits circulent de machines en machines suivant un routage correspondant leur gamme de fabrication.

Dans la suite, on ne s'intressera qu'aux deux derniers modes de production correspondant aux produits structure convergente (en A ou T) fabriqus en srie.


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- Circulation des produits en Flow Shop : tous les articles suivent le mme cheminement. C'est le cas des lignes transferts ddies (voir chapitre V.3) o les articles "visitent" systmatiquement chaque poste de travail implant sur la ligne, et toujours dans le mme ordre. Cependant, les chercheurs ont dcompos cette classe en plusieurs sous-classes parmi lesquelles on trouve : les circulations de type "pur flow shop", o tous les temps opratoires sont positifs, les circulations de type " flow shop gnralis" o certains temps opratoires pouvant tre nuls (la pice ne devant pas subir une opration sur une machine particulire), et enfin les circulations de type "flow shop de permutation" dans lesquelles la squence des pices est la mme sur toutes les machines (pas de dpassement autoris).

En complment la description des critres noncs prcdemment, on peut remarquer les particularits suivantes :

- Certains produits de grande srie ont une dure de vie de plus en plus courte, ce qui implique qu'au niveau des quipements de production, il est ncessaire de prvoir une possibilit de radaptation afin d'taler les investissements.

- On constate une augmentation trs importante des produits de grande srie " option" ce qui correspond un mode de production de masse avec la flexibilit des petites moyennes sries. En effet, les lignes de production doivent tre capables de raliser en grande quantit des produits pouvant possder de nombreuses variantes et mme des produits diffrents appartenant toutefois une mme famille. L'exemple le plus reprsentatif de ce mode de production est l'industrie automobile, essentiellement au niveau du processus d'assemblage.

- Vis vis du client et du march, une des principales qualits de l'entreprise industrielle est son temps de rponse qui doit tre bien sr le plus faible possible. On parle aujourd'hui de " ractivit ". Le rgime transitoire entre deux productions stabilises comporte des oprations de rglage, de changement d'outillage, de modification de cadence, qui doivent se faire le plus rapidement possible afin de rduire la priode d'arrt.


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III.4- Relation avec le client

Cette typologie distingue 2 catgories de relation avec le client [GIARD 88] [COURTOIS 95] : Production sur stock, production sur commande et mixte.

- Production sur Stock :

Une production sur stock est dclenche par anticipation d'une demande s'exerant sur un produit dont les caractristiques sont dfinies par le fabriquant. Ce type de production s'applique dans les cas suivants :

- l'ventail des produits finis est restreint ;

- la demande des produits est prvisible;

- le dlai de fabrication est suprieur au dlai admissible par le client;

- la saisonnalit du produit est trop forte pour justifier le maintien de ressources en hommes et machines qui seraient excdentaires une bonne partie de l'anne.

L'quation qui rgit le stock de produits finis est :

Le stock de scurit permet d'amortir les variations de ventes par rapport aux prvisions.

L'objectif est de minimiser ce stock, soit partir de prvisions de ventes trs prcises, soit grce une trs grande ractivit du systme de production lui permettant de se rguler par rapport aux ventes effectives (si les ventes diminuent, ralentir la production; si les ventes augmentent, acclrer la production).

La production sur stock repose donc sur une prvision trs fine de la demande.

L'inertie du systme de production pouvant tre trs importante, il est primordial d'avoir une boucle de retour des ventes effectives trs rapide.

On peut assimiler un tel systme une boucle de rgulation (voir figure 4) [BLONDEL 97]. Le systme de production est pilot par l'cart entre les ventes effectives et les prvisions :

Si l'cart est positif, l'excdent des ventes est tir du stock de scurit.

Si l'cart est ngatif, il faut ralentir ou mme arrter le systme afin de ne pas augmenter le stock de produits finis.

Stockproduits = +

stockde

quantitde produits

quantitde produits-

finis scurit fabriqus vendus


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Dans les deux cas, il est ncessaire d'augmenter ou de ralentir la cadence de production afin de tendre vers un cart nul entre prvisions et ventes effectives.

Comme le montre le schma-blocs de la figure 4, le systme de production peut rapidement s'avrer instable, si ce n'est chaotique [MASSOTTE 94] [ALFARO 97] quand les variations de la demande sont importantes. Mais comme le dmontre d'ailleurs P. Massotte, mme avec une demande constante, le systme a une forte probabilit de comportement chaotique !

- Production sur commande :

Cette situation semble tre la plus favorable l'entreprise car elle lui permet de produire uniquement sur commande, mais condition que le dlai du cycle (achat + fabrication + assemblage + livraison) soit infrieur ou gal au dlai acceptable par le client.

En thorie, si la condition prcdente est remplie, aucun stock n'est ncessaire.

Dans certains cas o le dlai de fabrication est trop long, il est possible d'anticiper l'achat et la fabrication des composants, et de procder l'assemblage ds que l'on a une commande ferme. Ceci implique aussi d'avoir de bonnes prvisions de ventes afin de ne pas constituer de stocks excessifs de composants. On parle alors de Production MIXTE, qui est de plus en plus rencontre. En effet, dans ce type de production, le produit fini peut tre personnalis le plus en aval possible, tout en tant constitu de composants et sous-ensembles standards.

Le principal inconvnient de la production sur commande ou mixte est l'obligation d'avoir un systme de production prsentant le minimum d'alas afin de ne pas perturber les dlais. La maintenance prventive et prdictive doit donc jouer un rle trs important.

C'est ce type de fonctionnement que l'on appelle aujourd'hui le "JUSTE A TEMPS" (JAT) dont le principe est :

Figure 4 : Boucle de rgulation du systme de production

Systmede

productionCLIENT

venteseffectives

+

-prvisions


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La diffrence avec la production sur stock rside dans la chronologie des oprations de ventes et de production :

Production sur stock : PRODUCTION puis VENTE;

Production sur commande : VENTE puis PRODUCTION.

Comme on l'a vu dans le chapitre II.1, nous sommes maintenant entrs dans une priode dans laquelle les entreprises sont amenes fonctionner en Juste Temps, avec des productions trs diversifies, sur commande ou mixtes.

Bien que ce contexte semble plus favorable l'entreprise vis vis de sa trsorerie, il implique une gestion trs prcise, une forte ractivit de l'entreprise, une grande rationalisation des quipements de production, une grande matrise des flux physiques et informationnels, ...

La figure 5 de la page suivante prsente un modle de reprsentation des flux physiques et informationnels d'une production mixte en Juste Temps. Il s'agit d'un macro-modle, d'un niveau de description trs gnral, qui permet de situer l'un des centres d'intrt de ce travail : le processus d'assemblage des composants et sous-ensembles.

IL FAUT ACHETER OU PRODUIRE SEULEMENT CE DONT ON A BESOIN, QUAND ON EN A BESOIN.


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Figure 5 : Macro-modle des flux dans un processus d'assemblage


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IV- Synthse des diffrents modes de pilotage des flux de production

Les principaux flux de production qui traversent l'entreprise sont :

- les flux physiques : composants achets, fabriqus, pices de rechange, sous-ensembles, produits finis, etc...

- les flux informationnels : commandes, ordres de fabrication, ordres d'approvisionnement, gammes, fiches opratoires, fiches de suivi, etc...

Les principaux objectifs d'amlioration des entreprises industrielles fonctionnant en Juste Temps sont :

- de simplifier les flux physiques par l'amlioration de l'implantation des quipements; Plusieurs mthodes ont t dveloppes pour rpondre cet objectif : Technologie de Groupe (TG) [MUTEL 92] , mthode des chanons, algorithme de Kusiak, etc....

- d'acclrer les flux physiques en vitant les pannes, en diminuant les temps de changement de srie, en amliorant la qualit, en dveloppant la polyvalence des oprateurs, etc... La maintenance prventive et prdictive, le SMED (Single Minute Exchange of Die) [SHINGO 90], la TPM (Total Productive Maintenance) [NAKAJIMA 89], le SPC (Statistical Process Control)[VINCENT 93], sont des mthodes de plus en plus mises en uvre dans les entreprises.

- de rendre les flux informationnels plus cohrents et de faciliter la communication et l'change de donnes. C'est ce dernier objectif qui prsente le plus de difficults pour les entreprises, compte tenu de la quantit, de la diversit et de la difficult fiabiliser des informations, mais aussi cause de l'clatement des donnes dans l'ensemble des services. La Gestion des Donnes Techniques (GDT), l'Echange de Donnes Informatises (EDI), la norme STEP, etc... rpondent, tant bien que mal, aux interrogations des industriels dans ce domaine encore peu dbroussaill.

On distingue diffrents modes de pilotage des flux de production qui sont conditionns par les flux d'informations qui contrlent la production.

IV.1- Pilotage centralis

Ce mode de pilotage s'applique aussi bien la production de masse qu' la petite srie, chaque fois que des produits dfinis et planifiables existent. Le pilotage est ralis partir d'un programme directeur de production (PDP) sur un horizon de planification de


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plusieurs semaines plusieurs mois (plus prcisment de 1,5 2 fois le cycle de production). Ce type de pilotage s'est particulirement dvelopp avec la cration du MRP (Material Requirements Planning ou calcul des besoins nets) puis du MRP2 (Manufacturing Ressource Planning ou Management des Ressources de Production) [ORLICKY 75],[WIGHT 84]. Le flux d'informations est dconnect du flux de produits de par sa centralisation.

IV.2- Pilotage par l'aval et dcentralis

C'est le mode de pilotage dvelopp par l'industrie japonaise au dbut des annes 60 et baptis "Kanban", du nom des tiquettes servant d'ordres de fabrication [SHINGO 90].

Il est adapt aux productions en sries rptitives avec une demande rgulire. C'est essentiellement un systme de pilotage de l'atelier, ce qui fait qu'il est souvent coupl avec un systme centralis de type MRP. Le flux de produits est tir par l'aval (le client), ce qui correspond un flux d'informations remontant contre-courant le flux physique.

flux informationnel

OF

Lancementcentralistype MRP

OF

flux physique

Figure 6 : Pilotage centralis (type MRP)

OF

flux informationnel

OF

flux physique

Figure 7 : Pilotage par l'aval et dcentralis (type Kanban)


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IV.3- Pilotage par l'amont et dcentralis

Le flux de produit est dans ce cas pouss par l'amont. Ce pilotage est bien adapt la fabrication sur commande de produits non planifiables, par petites sries non ncessairement rptitives [MULKENS 93].

IV.4- Pilotage synchronis entre flux physique et flux informationnel

Ce pilotage est particulirement adapt aux processus dont le transfert de produit est automatis (systme de convoyage, chariots filoguids, etc...). On peut ainsi associer chaque produit toutes les informations ncessaires son laboration (par exemple partir d'tiquettes lectroniques) [MULKENS 93].

IV.5- Pilotage par les contraintes ou mthode OPT

La mthode OPT (Optimised Production Technology) est ne au Etats-Unis dans les annes 80 [GOLDRATT 92]. Elle s'adresse, priori, des entreprises dj partiellement informatises qui utilisent un logiciel de type MRP. Mais les neuf rgles de bon sens qui constituent son principe sont applicables par n'importe quelle entreprise, sans avoir ncessairement recours l'informatique. La caractristique de cette mthode est de prendre pour postulat l'existence d'une contrainte, un "goulet d'tranglement", quelque part sur la ligne de production : manque de personnel, machine inadapte, etc.... Dbit de sortie et niveau des stocks dpendent de ce goulet qui va donc dterminer le niveau d'utilisation des autres ressources, non critiques, appeles "non goulet". [MARRIS 95] a prolong les travaux de [GOLDRATT 92] et dfini cette mthode comme la Thorie des Contraintes ou Management Par les Contraintes (TOC ou MPC).

Les neuf rgles de cette thorie :

1- Equilibrer les flux et non les capacits.

Bien que cela semble tre judicieux, il est pratiquement impossible d'avoir un quilibrage parfait des capacits des diffrentes ressources d'une ligne de production, ne serait ce qu' cause des alas (pannes, dfauts, rupture d'approvisionnement, etc...), mais aussi parce que la gamme de production n'est pas dcoupe en phases et oprations de


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dures gales. Cette premire rgle propose donc de piloter la production partir du flux de la ressource goulet.

2- Le niveau d'utilisation d'un non-goulet n'est pas dtermin par son propre potentiel, mais par d'autres contraintes du systme.

3- Utilisation et plein emploi d'une ressource ne sont pas synonymes.

4- Une heure perdue sur le goulet est une heure perdue pour tout le systme.

Cette rgle permet, dans un premier temps, de limiter les actions prventives, de surveillance ou d'amlioration uniquement la ressource goulet. En effet, il ne faut pas que la ressource goulet tombe en panne, qu'elle ne soit plus approvisionne par son fournisseur. Il faut qu'elle ait des temps de changement de srie rapide. En clair, il faut qu'elle ait une charge aussi proche que possible de sa capacit, donc un rendement oprationnel proche de 1.

5- Une heure gagne sur un non-goulet est un leurre.

Si une amlioration doit tre ralise sur une ressource non-goulet, elle ne produira aucun effet sur l'ensemble du flux. Il est par exemple inutile de rduire le temps de changement de srie ou de moderniser une ressource non goulet.

6- Le goulet dtermine la fois le dbit de sortie et le niveau des en-cours.

Cette rgle peut s'interprter de la faon suivante : si on dsire rduire le dlai de production et la taille des en-cours, il ne suffit pas d'augmenter la taille et la frquence des approvisionnements.

7- Souvent le lot de transfert ne doit pas tre gal au lot de production.

C'est le cas du chevauchement d'oprations [AFNOR 91], o l'on transfre du poste amont au poste aval une quantit infrieure celle qui est lance.

8- Les lots de fabrication doivent tre variables et non fixs.


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Il s'agit de fractionner les lots en cours de cycle de production pour obtenir encore plus de souplesse. Cette rgle s'oppose compltement la notion de srie conomique de Wilson... Si les temps de changement de srie sont courts, si les machines sont bien implantes, si l'on pilote la production par le flux de la ressource goulet, il n'y a plus besoin de crer des sries conomiques !

9- Etablir la planification en prenant en compte simultanment toutes les contraintes de capacit et de priorit.

On ordonnance (en capacit finie) en priorit la production des ressources goulets. Les autres ressources peuvent tre ordonnances par des rgles simples, puisqu'elles sont surcapacitaires.

La devise de la Thorie des Contraintes :

La somme des optimums locaux n'est pas l'optimum global du systme .

L'identification des ressources goulets :

- Une ressource dont le niveau d'en-cours amont est important par rapport aux autres ressources est peut tre un goulet.

- Les produits finis livrs en retard possdent des composants raliss sur la ressource goulet.

- La ressource goulet est celle qui a le taux d'occupation = charge/capacit le plus lev.


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V- Typologie des flux physiques et implantation des lignes de production

V.1- Flux physique avec oprations et manutentions synchronises (ou lies) "Paced flow lines"

Ce type de flux correspond une production de masse (voir chapitre I.1) ralise sur des quipements de production automatiss : transferts rotatifs ou linaires.

Les produits prsents chaque poste de travail sont traits de faon simultane, avant d'tre transfrs simultanment aussi vers le poste suivant [ANDERSON 97] .

L'implantation des postes de travail peut tre circulaire, disposs autour d'un plateau tournant qui comporte en gnral de 4 24 positions. A un instant donn, chaque position correspond une phase de la gamme de fabrication ou d'assemblage du produit.

L'implantation peut tre aussi linaire, ce qui permet une accessibilit accrue (cts et dessus du produit) ainsi qu'un nombre d'oprations plus lev par rapport l'implantation circulaire.

1

2

Sortie des produitsEntre

5

3

4

Poste 2

Poste 3

Poste 4

Poste 5

Poste 1

E/S

transfertopration

1

attente

1

2

1

3

2

4

1 2 3 4 5

1

1

2

2 3

5

3 4

6

Figure 8 : Transfert et oprations synchronises

1 2 3 4 5

Figure 9 : Implantation Linaire d'un Transfert Synchronis


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La cadence de production est en gnral trs leve (600 20000 produits/heure), bien que conditionne par la cadence de l'opration la plus lente. Il est donc prfrable d'quilibrer les temps opratoires de chaque poste afin de rduire les temps d'attente et de tendre vers un flux continu.

Le principal inconvnient de cette implantation rside dans les pannes et arrts que peuvent subir les postes de travail. En effet, toute la production est stoppe en cas de problme survenant l'un des postes de travail.

D'autre part, les quipements de production sont peu volutifs et peu flexibles. Chaque produit passe par les mmes postes de charge, dans le mme ordre. On peut simplement prvoir que certains produits identifiables ne subissent pas certaines oprations, mais l'ordre est respect. Les quipements de production sont ddis un produit.

Dans son article, [LITTLE 94] appelle ce type de ligne : "Dedicaced flow line"

V.2- Flux physique avec oprations et manutentions asynchrones (ou libres) "Unpaced flow lines"

Ce type de flux correspond une production de masse ou en petites moyennes sries avec une circulation des produits de type Job Shop ou Open Shop . Les quipements de production et de transfert peuvent tre automatiss ou pas et tre utiliss pour traiter diffrents produits.

Le principe gnral de ce flux est que le transfert des produits d'un poste de charge un autre est indpendant des oprations qui s'y droulent : les oprations de transfert ne sont pas synchronises avec la fin de toutes les oprations de valeur ajoute. C'est le type de flux qui correspond la ralisation de produits dont les diffrentes oprations s'effectuent des cadences trs diffrentes [ANDERSON 97].

En ce qui concerne l'implantation des quipements, il faut distinguer au moins deux cas en fonction du niveau d'automatisation du systme de transfert (ou de manutention) :

- manutention non automatis;

- manutention automatis.


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V.2.a) Manutention non automatise

Ce type de manutention se rencontre essentiellement dans les processus comportant des oprations d'usinage ou de transformation de la matire.

Les quipements sont implants :

- de faon fonctionnelle, par ateliers spcialiss (voir figure 10). On regroupe les machines ralisant le mme procd : atelier soudage, atelier peinture, atelier fraisage, atelier montage , etc.... Cette implantation qui correspond une organisation taylorienne, a domin depuis le dbut du sicle et continue aujourd'hui prvaloir dans les ateliers de sous-traitance ralisant des produits la commande de faon non rptitive. En effet, il est possible de fabriquer tous les types de produits utilisant les moyens de l'atelier sans perturber davantage le flux.

Figure 10 : Implantation fonctionnelle


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- en cellules ou lots de fabrication. Cette implantation est constitue de petits ateliers de production composs de machines diffrentes afin de raliser entirement ou partiellement une famille de pices prsentant des similitudes morphodimensionnelles ou de processus. Les machines sont gnralement implantes dans l'ordre de la gamme dominante (gamme "mre") de la famille, de telle sorte que le flux physique soit le plus continu possible, avec le minimum de transfert ou d'attente entre deux postes (figure 11).

Ce type d'implantation est en plein dveloppement dans les ateliers d'usinage qui travaillent par petites sries rptitives de produits varis.

La recherche est trs active dans ce domaine o des mthodes d'optimisation de l'implantation sont dveloppes.

Figure 11:Implantation en lot


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V.2-b) Manutention (ou transfert) automatise

Le transfert automatis constitue l'ossature d'un processus d'assemblage de composants. En effet, bien que l'on rencontre quelques cas dans des ateliers flexibles d'usinage, le transfert asynchrone automatis (Power-and-Free Transfer) est devenu l'lment essentiel des lignes d'assemblage correspondant aux critres de production suivants :

- flexibilit importante : assemblage d'une famille de produits en petites sries;

- cadence moyenne : 20 60 oprations par minute;

- diffrence de temps opratoires sur les diffrents postes de travail;

- faible dure de vie du produit assembl;

- frquents changements de produits;

- qualit optimale;

- automatisation progressive du processus, les postes de travail pouvant tre manuels ou automatiss;

Ces diffrents critres correspondent la grande majorit des produits assembls de nos jours.

Ce type de systme de manutention est appel "Mixed Model Flow Line" et " Flexible Flow Line" dans la littrature [LITTLE 94], et sera donc analys plus en dtail dans la partie 2 (Caractristiques des processus d'assemblage).

V.3- Autre typologie

[LITTLE 94] propose une autre typologie des systmes d'assemblage, base non pas sur le flux physique et l'implantation, mais sur la structure et la technologie du transfert. Cette typologie comporte deux grands familles :

V.3-a) Les lignes transfert (Flow Lines) o le produit se dplace le long de la ligne et les composants sont ajouts par tapes successives sur plusieurs postes de travail.

Cette famille est compose de trois catgories de lignes :

- les lignes transfert ddies (dedicaced flow lines) : elles sont ddies, comme leur nom l'indique, l'assemblage d'un seul et mme produit. Chaque poste de


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travail ne ralise qu'une seule opration et reoit les produits toujours dans le mme ordre. Sur ce type de ligne, la seule flexibilit consiste ne pas raliser certaines oprations, le produit passant quand mme sur le poste de travail. Les postes de travail sont gnralement relis par un dispositif de transfert synchrone pas pas, programm pour librer un produit seulement si le poste aval est prt le recevoir. De la mme faon, les produits ne peuvent entrer sur la ligne que si le premier poste est libre.

- Les lignes transfert multiproduits (mixed model flow lines), dont le principe est identique aux lignes transfert ddies, la diffrence que les postes de travail sont prvus pour raliser l'assemblage de plusieurs types de produits (mais appartenant la mme famille). La principale diffrence rside donc dans les dispositifs de distribution des composants aux postes de travail qui sont adapts pour servir plusieurs types de composants pour plusieurs types de produits.

- Les lignes transfert flexibles (flexible flow lines) : Les postes de travail sont dans ce cas relis par un convoyeur asynchrone (non-sychronous material handling system) qui permet d'accumuler des produits entre deux postes de travail pour maintenir un niveau d'utilisation satisfaisant. Chaque poste de travail est constitu de plusieurs machines identiques en parallle toutes capables de raliser plusieurs oprations sur plusieurs produits. Un poste de travail ne peut librer un produit que si le convoyeur d'accumulation aval (buffer) a une position de libre. Si ce n'est pas le cas, le produit est bloqu (blocking). A l'inverse, un poste de travail aval peut tre en attente (starvation) par manque de produit provenant du poste amont.

V.3-b) Les cellules flexibles (Flexible Assembly Cells) o les mouvements du produits sont limits voire inexistants. L'assemblage est donc ralis sur un seul poste de travail. La possibilit de raliser simultanment diffrents sous-ensembles de produits donne ces systmes leur flexibilit. Ces sous-ensemble sont ensuite amens simultanment vers une tape d'assemblage final. Cette famille de systmes peut elle aussi tre divise en trois catgories :

- Cellules flexibles d'assemblage avec plusieurs postes de travail (multi-station cells), disposs en drivation sur un transfert asynchrone, et pouvant raliser tout ou partie des oprations d'assemblage.

- Cellules flexibles d'assemblage avec postes de travail oprations multiples (multi-stage assembly cells)

- Cellules flexibles station de travail unique (single-station assembly cell) : Dans ce cas, le poste de travail est constitu d'un robot d'assemblage qui dispose d'un systme de changement d'outil/effecteur. Cela permet au robot d'assembler plusieurs produits par simple changement de pince et de programme.


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Conclusion

Cette premire partie de thse a t consacre une description gnrale des principales caractristiques de la production.

L'tat de l'art fait ressortir un grand nombre de configurations possibles au niveau des produits, des processus, des modes de pilotage des flux, des systmes de transfert et de l'implantation des lignes.

Il tait important dans cette partie de montrer l'tendue et la varit des environnements de production pour mettre plus en vidence les configurations qui seront tudies en dtail et qui correspondent aux travaux de recherche.

On a insist en particulier sur la description des processus d'assemblage car ils sont frquemment rencontrs et leur tude est donc reprsentative.

- PARTIE 1 - Introduction sur la production...

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