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1 Contribution aux méthodes de conception modulaire de produits et processus industriels Alberto JOSE FLORES Thèse préparée sous la direction de Michel.

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1 1 Contribution aux méthodes de conception modulaire de produits et processus industriels Alberto JOSE FLORES Thèse préparée sous la direction de Michel Tollenaere

2 2 Contexte Gammes de produits Composants multiples Conception du produit Différents segments marketing Gammes de processus Opérations multiples Ferrage & Robots Assemblage du moteur Conception du processus Satisfaction des segments Assemblage final Peinture

3 3 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Plan de lexposé

4 4 Contexte industriel et scientifique Conception modulaire de produits afin de faciliter leur production Différents produits – différents problématiques : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Problématiques : -Gestion de fluctuation de demande - Gestion de la diversité

5 5 Questions Principales La demande provoque la complexification des opérations de production si les délais et coûts sont réduits Comment réussir à fabriquer un produit dans les délais et à des coûts acceptables pour le marché ? Si le marché a besoin de produits suffisamment diversifiés, comment concevoir différents produits à partir dun ensemble disponible de composants ? Composant A Composant B Composant C Composant D Produit X Produit Y Produit Z Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

6 6 Options de gestion Lampel et Mintzberg (1996) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

7 7 Standardisation pure (tous les produits sont identiques): -Cette technique permet un délai réduit et des économies déchelle, mais les produits sont trop similaires, doù insatisfaction des clients. Personnalisation pure (tous les produits sont différents) : - Soit : production à la commande (délai trop long…), - Soit : production pour stocks afin de respecter les délais (nombreuses immobilisations en termes de stocks et dinvestissements) Personnalisation par standardisation (assemblage à la commande) : Bon compromis entre les délais, la possibilité de personnalisation des produits et la réduction des coûts Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Implications des options de gestion

8 8 La meilleure stratégie de « personnalisation par standardisation » est la Modularité (Pine 1993) Principe : à partir dun ensemble de composants quon regroupe entre eux, on obtient des modules dont la combinaison permet dobtenir les produits. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives La modularité de produits

9 9 Questions soulevées dans la littérature depuis Evans (1963) : - Comment choisir les modules ? - Quel est le choix optimal de ces assemblages ? - Combien de modules utiliser ? Différentes techniques selon Ulrich et Tung (1991) : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Comment choisir les modules

10 10 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Comment choisir les modules

11 11 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Plan de lexposé Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

12 12 Module Bus / Plateforme -Cette thèse se concentre sur la mise en place dune stratégie modulaire « Bus » -On appelle plateforme un module « Bus » si : -Il est commun à un ensemble limité de produits -Il est assemblé et stocké au début du processus de production Exemple: Gonzalez (2000) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

13 13 Objectifs : -Choix de la plateforme qui minimise les délais de personnalisation des produits -Respect des caractéristiques des produits finaux -Choix de la plateforme qui minimise le coût des produits Données disponibles sur : -Les caractéristiques nécessaires des produits -Le coût des composants -La séquence de production Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Objectifs et données disponibles

14 14 Modélisation du problème Modèle PSG (Process Sequence Graph) de Martin et Ishii (1997), Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

15 15 Première démarche Questions : - Existe-t-il une réduction des coûts ? - Existe-t-il des versions de composants qui soient incompatibles ? - Quelle est la différence entre tous les produits P et P ? - Quelle est la réduction du nombre dopérations différentes (délai de réponse) ? Première méthode (re-conception des produits) : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

16 16 Exemple de la première démarche Exemple de la première méthode (re-conception des produits) : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

17 17 Deuxième méthode (re-conception du processus) : Question : -Quelle est la réduction maximale du nombre total dopérations différentes dassemblage ? Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Deuxième démarche

18 18 Deuxième méthode (re-conception du processus) : Exemple : Entreprise Benetton Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Exemple de la deuxième démarche

19 19 Synthèse de démarches adoptées -Définition de la re-conception du produit Définition des versions de composants de chaque produit afin dassembler les composants communs au début de la ligne. -Définition de la re-conception du processus Définition de lordre optimal du processus afin davoir des composants communs au début de la ligne. Re-conception des produits et de leur processus de production en vue dune production ayant des plateformes en stock. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

20 20 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Plan de lexposé Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

21 21 Problème doptimisation Min f(x) : sous contraintes A = Coût des versions des composants des produits B = Réduction des différences entre les ensembles P et P par rapport à certaines spécifications (ou caractéristiques) C = Réduction du nombre total dopérations différentes A, B et C en fonction de la variable de décision: X : Lutilisation de la version du produit « k » dans le produit « v » par rapport à un type de composant « j » Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Méthode 1: re-conception du produit Conclusions et perspectives

22 22 Problème doptimisation Min f(x) : Sous contraintes A = Coût des versions des composants des produits B = Réduction des différences entre les ensembles P et P par rapport à certaines spécifications (ou caractéristiques) C = Réduction du nombre total dopérations différentes Minimisation de : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 1: re-conception du produit

23 23 Contraintes : Cohérence entre les différentes versions de composants Une version de chaque type de composants pour chaque produit Problème : Comment trouver la solution ? - Méthode exacte ? - Résolution par approximation ? Méthode 1: Contraintes du problème Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

24 24 Le choix dépend : du nombre de combinaisons valides des versions de composants (pour chaque produit) Inconvénient sur le problème doptimisation : Beaucoup de combinaisons possibles Démarche adoptée : Comme méthode exacte, on a développé un algorithme en « Branch and Bound » si le nombre de combinaisons valides est faible. Comme méthode dapproximation, on a développé un algorithme en « Recuit simulé» si le nombre de combinaisons valides est important. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 1: Comment loptimiser ?

25 25 Méthode 1: données nécessaires Informations données pour la résolution du problème doptimisation : - Diagramme initial PSG (versions de composants) -Coûts des versions des composants (sur diagramme PSG) -Caractéristiques nécessaires des produits finaux -Compatibilité (cohérence) entre versions de composants HauteurLongueurPoids Produit 150 cm35 cm2 kg Produit 260 cm20 cm6 kg Produit 370 cm10 cm3 kg Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

26 26 Compatibilité entre versions Compatibilité entre versions : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

27 27 PSG initial….. Diagramme PSG initial Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

28 28 Un type de composant est compatible : Méthode 1: Test avec Branch & Bound Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

29 29 Importance de la réduction de lécart entre P et P Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 1: Test avec Branch & Bound

30 30 Importance de la réduction des coûts. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Résultats de Branch & Bound

31 31 Analyse… Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Recherche dexplication

32 32 : importance de la réduction de lécart moyen des spécifications entre tout produit P et P : importance de la réduction du coût des produits Choix de la version du produit « x » Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Recherche dexplication

33 33 : importance de la réduction du coût des produits Choix de la version du produit « x » Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Recherche dexplication : importance de la réduction de lécart moyen des spécifications entre tout produit P et P

34 34 Test de réduction de coûts… Choix de la version du produit « x » Lorsquun type de composant a une influence sur la différenciation des produits et que les économies de substitution justifient le changement de version dun composant, il est plus pertinent de réutiliser la version la moins chère. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Résultats de Branch & Bound

35 35 Résultats de lalgorithme en Recuit Simulé : Contraintes : - compatibilité entre les différentes versions de composants - une version de chaque type de composants pour chaque produit : Relaxation lagrangienne de contraintes Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 1: Test avec Recuit simulé

36 36 Une augmentation de limportance de la réduction des coûts a pour conséquences : - de minimiser le nombre dopérations différentes - de minimiser le nombre de versions de composants - daugmenter lécart des spécifications entre P et P Résultats avec Recuit simulé Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

37 37 Une augmentation de limportance de la réduction lécart moyen entre P et P a pour conséquences : - daugmenter le nombre dopérations différentes (plus de délais) - daugmenter le nombre de versions de composants () - de minimiser lécart des spécifications entre P et P. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Résultats avec Recuit simulé

38 38 Conclusion : - la réduction du nombre dopérations différentes, la réduction des coûts, et la possibilité demployer des plateformes peuvent se faire au détriment de la satisfaction des clients. Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Résultats avec Recuit simulé

39 39 Deuxième méthode (re-conception du processus) : Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: re-conception du processus

40 40 Exemple : Tableau de bord de voiture Martin et Ishii (1997) Vitre Assise de vitre tachymètre Indicateur de température Indicateur de vitesse Corps du combiné Jauge à essence Témoins lumineux Carte électronique Indicateur de transmission automatique Méthode 2: Exemple utilisé Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

41 41 PSG : Source : Martin et Ishii (1997) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Diagramme PSG initial

42 42 Problème doptimisation Min f(s) : Nombre total dopérations différentes Variable de décision: Méthode 2: re-conception du processus Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

43 43 Composant type 2 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Exemple de la variable de décision

44 44 Variable de décision : 123.Z123.Z Z « s » « j » Exemple de la variable de décision Étape de la séquence Composant type Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

45 45 Contraintes : Une étape (opération de la séquence) par type de composant : Certains composants ne peuvent pas être assemblés avant dautres : Comment trouver la solution ? - Méthode doptimisation exacte ? - Méthode doptimisation par approximation ? Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: Contraintes du problème

46 46 Démarche adoptée : Comme méthode exacte on a développé un algorithme en « Branch and Bound » si le nombre de permutations valides est apparemment faible. Dans le cas contraire, comme méthode dapproximation on a développé un algorithme « génétique » Informations données au problème doptimisation : - Modèle initial PSG - Restrictions de précédence (quels composants peuvent être assemblés avant dautres) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 1: Comment loptimiser

47 47 Résultats de lalgorithme génétique : Contraintes : - Une étape (opération de la séquence) par composant - Certains composants ne peuvent pas être assemblés avant dautres : Relaxation lagrangienne de contraintes Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: Test de lalgorithme génétique

48 48 Algorithme Génétique : Variable de décision : 123.Z123.Z Z s j Individu Valeur du gène Optimisation de générations de matrices (ou individus) avec différents opérateurs : Sélection, Croisement, Mutation, Inversion, Mutation Cataclysmique (Eshelman, 1991) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: Test de lalgorithme génétique

49 49 Résultats de simulation : 75 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: Test de lalgorithme génétique

50 50 Source : Jose et Tollenaere (2005) Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Méthode 2: Résultats

51 51 Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives Plan de lexposé Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

52 52 Conclusions -Étude de la re-conception du produit La compatibilité des composants permet doptimiser le choix des versions de composants dans les produits. La compatibilité des versions de composants permet de réduire le nombre total dopérations différentes dassemblage La réduction du nombre total dopérations différentes permet de construire des plateformes -Étude de la re-conception du processus La réorganisation du processus permet de réduire le nombre total dopérations différentes dassemblage Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

53 53 Perspectives Intégration des deux méthodes Tests des autres méthodes ou algorithmes doptimisation Application dans des cas réels Modification et test des autres critères –assignation des coûts de stockage à chaque composant différent –analyse de la demande des produits Analyser une option où les produits suivent une séquence différente dassemblage Contexte industriel et scientifique Positionnement de la thèse Résultats et exemples Conclusions et perspectives

54 54 Merci….


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