conception pour l’amélioration des performances de systèmes de production

1. conception pour l’amélioration des performances de systèmes de production Conception de systèmes modélisation d’entreprise simulation Remiel FENO, Aline Cauvin, Alain FERRARINI

2. Les auteurs • RemielFENO (LSIS - INSM) • Aline CAUVIN (LSIS - INSM) • Alain FERRARINI (LSIS - OASIS) • Thomas Dalançon (RENAULT) Unité de recherche : UMR CNRS 7296 Université d’Aix-Marseille – Arts et Métiers ParisTech Laboratoire : LSIS (Laboratoire des Sciences de l’Information et des Systèmes) Equipe : INSM (Ingénierie Numérique des Systèmes Mécaniques)

3. agenda Contexte : Conception de systèmes de production Problématiques soulevées en phase de conception Les différentes méthodes de conception Proposition d’une approche d’analyse et d’évaluation de solutions Illustration sur une ligne d’assemblage

4. Introduction Conception des moyens d’assemblage • Définir l’implantation du système • Dimensionner le process en fonction de la capacité • Définir les gammes d’assemblages Ingénierie process numérique • Anticiper et prendre en compte les besoins métiers (outils - méthodologies) • Déployer les outils de la filière numérique dans les projets Processus de fabrication: • Emboutissage • Assemblage • Peinture • Montage Chiffres clés environ 400 pièces 200 opérations 5000 liaisons

5. Contexte de l’étude Conception de systèmes de production Faire correspondre les spécifications du système aux exigences de performance Principales difficultés : • Evolution dynamique de l’environnement • Données distribuées et difficiles à mesurer • Indicateurs de performances conflictuels • Relations entre indicateurs et variables de conception  Réduire la durée des développements (Time to market) Ingénierie concourante Phases amont de projet d’industrialisation: • Plusieurs métiers et disciplines • Points de vue et objectifs différents • Données incomplètes et imprécises • Choix de conception basés sur l’expérience  Besoin de supporter les prises de décision dans les phases amont du projet [Chryssolouris 2006]

6. Performances Spécifications Système de production Processus de conception Besoins et problématiques • Identification des besoins industriels • Réduire la durée des études entre les hypothèses et les résultats • Orienter les choix de conception en termes de performance globale • Simuler plusieurs scénarii à chaque jalon majeur du projet • Mesurer la sensibilité de la solution retenue (Flexibilité) • Problématiques soulevées • Définition d’un processus de conception • (point de vue et objectifs différents) • Modélisation du système de production • (Evaluation de performance) •  Faire converger les choix de conception locaux pour une performance globale

7. Etat de l’art et pratiques industrielles Méthodologies de conception Les principales approches (Daniel Sorensen 2006) • Le point baseddesign : Optimiser une solution réalisable pour trouver une meilleure alternative • Le set baseddesign : Réduction de l’ensemble de solutions pour converger vers une solution satisfaisante (ex : Toyota) Travaux sur la prise de décision • Aide à la décision multicritères (MCDM) [Hatamura 2006] • Satisfaction de contraintes (CSP) [Scaravetti 2004] • Raisonnements à base de cas (CBR)[Lieber 1997] • Résolution coopérative et distribuée de problèmes (RCDP) Ordonnancement, chaine logistique, gestion de projet[Cauvin, Ferrarini 2011] Avantage (+) Inconvénient (-)

8. Proposition d’une de approche de conception • « Faire converger les choix de conception locaux pour une performance globale » • Les 3 volets de la démarche de conception : • Supporter les choix de conception lors de la génération et l’analyse des solutions Résolution coopérative et distribuée de problème (RCDP) • Faciliter l’évaluation et valider les performances des solutions retenues Simulation de fonctionnement du système de production • Hiérarchiser les solutions en fonction de différents critères (coûts, logistique, ergonomie ...) Analyse multicritère

9. Vue globale du processus de conception Solution retenue Analysemulticritère Critères : - coût - flexibilité - Ergonomie - DSTR 3 Choix de la solution Solution à revoir Spécifications produit Objectifs de production 1 Agrégation des indicateurs de performance Analyse multicritère Modèle décisionnel Rendement opérationnel (Ro) Capacité propre (Cp) Oui Objectif Cp atteint? Dérouler le processus de décision Non 2 Indicateurs de de productivité Alternatives de solution Modèles du système de production Solutions potentielles? Simuler le fonctionnement du système de production Convergence de tous les acteurs Evaluer les performances de productivité Générer et analyser des alternatives de solutions potentielles

10. Génération et analyse des alternatives de solution Processus de génération et d’analyse des alternatives de solution Résolution coopérative et distribuée de problème (RCDP) Typologies de problèmes • Choix du taux d’intégration • Choix du taux de mécanisation • Choix du mode de fonctionnement • Dimensionnementde la maquette d’effectif Intérêts de la RCDP pour les problèmes de conception • Décomposition de problèmes par filière métier • Coordination des activités de conception • Exploration de l’espace de solution Alternatives de solutions non étudiées Solutions non réalisables: • Manque de surface Solutions non performantes: - Faible productivité - Faible flexibilité - Coût élevé Ensemble des solutions perçues par les concepteurs Espaces de solutions

11. Modélisation et dimensionnement du système

12. Illustration - Caractéristiques du système étudié Processus d’assemblage de pièces de tôlerie Niveaux d’analyse et schéma général • 3 niveaux d’analyses (Unités, lignes, stations) • Implantations type: • ligne principale / préparation • Flux principal / secondaire implantation type Schémagénéral Niveaux d’analyse Stock Unités … Préparation Préparation Lignes Poste de travail Ligne principale

13. Illustration - les données du problème Décomposition du problème Les variables de conception: • Taux d’intégration • Taux d’automatisation • Mode de fonctionnement • Maquette d’effectif • … Les critères de performances • Investissement • Flexibilité (volume, diversité) • Surface d’implantation • Rendement opérationnel • Ratio de Temps standard • Ergonomie • …

14. Phase 1 – Analyse des alternatives de solution 1 Comparaison d’une configuration de ligne en I et en U • Situation : Configuration de base en « I » • Perturbation : ↗ ou ↘ de la capacité demandée • Stratégie : regroupement des opérateurs • Opérations : • ↘ surface d’implantation • ↘ Maquette d’effectif • Acteurs : Implanteur, Ingénieur méthode • Tâches : modification topologique de la ligne Modification de la gamme d’assemblage Représentation partielle du modèle « Collaborative repair » (Cauvin et al 2010)

15. Phase 2 - Simulation des alternatives de solution 2 Décomposition/spécification des modèles du système de production Objectifs de la simulation - Valider la capacité de production - Estimer la maquette d’effectif - Comparer les alternatives d’implantation

16. Phase 2 - Simulation des alternatives d’implantation 2 Analyse capacitaire (Capacité de production) Plans d’expériences Configuration en I Exp 4: 16 Opérateurs Cp = 30 p/h Configuration en U Exp5: 14 Opérateurs • Cp = 29,8 p/h

17. Phase 3 - Analysemulticritère 3 Comparatif des deux configuration : Méthode AHP Critères Résultats

18. Conclusions et perspectives Proposition d’une approche de conception de SP en 3 volets: • Analyse et génération d’alternatives de solution  Résolution coopérative et distribuée de problème (RCDP) • Evaluation et validation des performances des alternatives de solution  Simulation du fonctionnement du SP • Analyse multicritère pour le choix de la solution  Méthode d’agrégation multicritère Perspectives: Analyse à un niveau de granularité supérieur Développer les concepts de la démarche (stratégies RCDP) Affiner la méthode par une analyse de sensibilité

19. Merci pour votre attention Questions / recommandations ?

20. Transposition des concepts de la RCDP à la conception

21. Phase 3 - Analysemulticritère 3 Méthode AHP (AnalyticHierarchyProcess) Hiérarchisation des critères Hiérarchisation des alternatives par rapport aux critères Fonction d’utilité (ex : DSTR) Grille de cotation (ex : ergonomie)