DESIGN DE CAPACITÉ IIIDESIGN DE CAPACITÉ III

GPA 205 Conception de systèmes de production Conception de systèmes de production

Département de génie de la production automatisée École de technologie supérieure, Montréal, QC.

C8-205

Bibliographie Bibliographie

Présentation de cours de GPA 205, R. Pellerin, ing., Ph.D., Dépt. GPA, Présentation de cours de GPA 205, R. Pellerin, ing., Ph.D., Dépt. GPA, É.T.S., 1997É.T.S., 1997

Notes de cours, Introduction au systèmes de production, Dépt. GPA, É.T.S., Notes de cours, Introduction au systèmes de production, Dépt. GPA, É.T.S., C. Olivier, A. Gharbi, R. Pellerin, 1999C. Olivier, A. Gharbi, R. Pellerin, 1999

Facilities Planning, 3e edition, J.A. Tompkins, Wiley Editor, 2003 Facilities Planning, 3e edition, J.A. Tompkins, Wiley Editor, 2003

Production & Operations Management, 5e edition, J.B. Dilworth, McGraw Production & Operations Management, 5e edition, J.B. Dilworth, McGraw Hill, 1993Hill, 1993

Mémoire de Maîtrise, Outils d’aide à la décision pour la conception de SMC, Mémoire de Maîtrise, Outils d’aide à la décision pour la conception de SMC, Richard Gagné, ing., ÉTS, 2002Richard Gagné, ing., ÉTS, 2002

Sources de cette présentation:

Note: Cette présentation peut comporter des révisions effectuées par différents anciens chargés de cours et professeurs de GPA 205 à l’ETS depuis 1998. Sincères remerciements à ces derniers!

CONTENU DE LACONTENU DE LAPRÉSENTATIONPRÉSENTATION

• Aménagement par famille de produits; Aménagement par famille de produits; • Contexte et définitions;Contexte et définitions;• Technologie de groupe et concepts;Technologie de groupe et concepts;• Outils de conception de SMCOutils de conception de SMC• Regroupement de produits en famille et de machines en Regroupement de produits en famille et de machines en

cellulescellules• Exemple d’outils.Exemple d’outils.

• ConclusionConclusion..

TYPES DE SYSTÈMESTYPES DE SYSTÈMESDE PRODUCTIONDE PRODUCTION

Variété

Volume

Aménagementpar produit

Aménagementpar produit

Aménagement parfamille de produit

Aménagement parfamille de produit

Aménagement partype de procédé

Aménagement partype de procédé

Aménagementfixe

Aménagementfixe

AMÉNAGEMENT & AMÉNAGEMENT & GESTION DE PRODUCTIONGESTION DE PRODUCTION

TYPE=> FIXE PROCÉDÉ FAMILLE PRODUIT

Quantité:

Type de demande:

Flux:

Gestion:

Exemple:

Minime

Surcommande

Fixe

CPM/PERT

Navire

Faible

Surcommande

Discontinu

Ordonnancement

Usinage spécialisée

Moyenne

Commande/Stock

Discontinu

MRP, JIT

Meuble

Élevée

Stock/ commande

Continue

Équilibragede ligne

Automobile

(Job Shop) (Cellulaire) (Ligne)

AMÉNAGEMENT PAR FAMILLE DE AMÉNAGEMENT PAR FAMILLE DE PRODUITSPRODUITS

• Famille de produits :Famille de produits :Ensemble de produits similaires regroupés par Ensemble de produits similaires regroupés par géométrie, par géométrie, par taille ou encore par traitement requis en fabricationtaille ou encore par traitement requis en fabrication;;

• Ce type d’aménagement cherche à regrouper Ce type d’aménagement cherche à regrouper des processeurs de des processeurs de qualifications différentesqualifications différentes de façon à réduire les déplacements des de façon à réduire les déplacements des produits (encours) tout en offrant produits (encours) tout en offrant une flexibilité de productionune flexibilité de production beaucoup plus importante que les autres types d’aménagement;beaucoup plus importante que les autres types d’aménagement;

• Type d’aménagement privilégié pour le Type d’aménagement privilégié pour le JAT et TQM (Qualité)JAT et TQM (Qualité); ;

• On le nommera On le nommera Système Manufacturier CellulaireSystème Manufacturier Cellulaire (SMC). (SMC).

AMÉNAGEMENT PAR FAMILLE DE PRODUITSAMÉNAGEMENT PAR FAMILLE DE PRODUITS

Cellule Cellule manufacturièremanufacturière

Cellules de production autonomesCellules de production autonomes

Entrepôt M

 P 

Entrepôt

Tourner

Presser Plier

P. 300

Percer Meuler

Percer

Percer

Tourner Tourner Percer

Assemblage

Assemblage

Assemblage

AssemblagePeinture

Peinture

Peinture

Meuler

Presser Percer Meuler

F1

F2

F3

F4

AMÉNAGEMENTS PAR AMÉNAGEMENTS PAR FAMILLE DE PRODUITSFAMILLE DE PRODUITS

Poste A2

Poste D1Poste A1

Poste D3

Poste C2

Poste C1

Poste D2

Poste E3

Poste E2

Poste E1

Poste B2

Poste B1

Poste B3

Cellule 1A -B

Cellule 2B - C - D

2

5

1

Départ

3 4

sorti

Produit A

Produit C

Produit B

Produit D

Produit E

a) Cellules autonomes b) Cellules avec flux inter-cellulaire et système en atelier (par procédé).

AMÉNAGEMENT PARAMÉNAGEMENT PAR FAMILLE DE PRODUITS FAMILLE DE PRODUITS

Avantages:Avantages:

Taux d’utilisation des machines plus Taux d’utilisation des machines plus élevés;élevés;

Ligne de flux plus homogène et plus Ligne de flux plus homogène et plus petits déplacements que petits déplacements que l’aménagement par procédé;l’aménagement par procédé;

Atmosphère d’équipe et Atmosphère d’équipe et élargissement des tâches / personne;élargissement des tâches / personne;

Possède quelques-uns des bénéfices Possède quelques-uns des bénéfices de l’aménagement par produit et de de l’aménagement par produit et de celui par procédé; c’est un celui par procédé; c’est un compromis entre les deux;compromis entre les deux;

Encourage la considération Encourage la considération d’équipement d’utilisation général.d’équipement d’utilisation général.

Désavantages:Désavantages:

Nécessite une supervision générale;Nécessite une supervision générale; Nécessite de plus grandes connaissances Nécessite de plus grandes connaissances

techniques des ouvriers;techniques des ouvriers; Dépendance critique du contrôle de la Dépendance critique du contrôle de la

production par le balancement du flux au production par le balancement du flux au travers des cellules individuelles;travers des cellules individuelles;

Si le flux n’est pas balancé dans chaque Si le flux n’est pas balancé dans chaque cellule, les files d’attente et l’entreposage cellule, les files d’attente et l’entreposage des encours sont requis dans les cellules des encours sont requis dans les cellules afin d’éviter l ’utilisation d’équipement afin d’éviter l ’utilisation d’équipement de manutention (flux intercellulaires);de manutention (flux intercellulaires);

Diminue l’opportunité d’utiliser des Diminue l’opportunité d’utiliser des équipements d’utilisation spécialisée.équipements d’utilisation spécialisée.

P 290

TECHNOLOGIE DE GROUPE (TG)TECHNOLOGIE DE GROUPE (TG)

• TG:TG: Principe d’organisation qui réalise que plusieurs produits ont des Principe d’organisation qui réalise que plusieurs produits ont des caractéristiques en commun;caractéristiques en commun;

• DéfinitionDéfinition: Regroupement systématique des composants semblables étant : Regroupement systématique des composants semblables étant sujets à une planification et des traitements communs qui permet de sujets à une planification et des traitements communs qui permet de solutionner un ensemble de problèmes, ce qui sauve du temps et des efforts.solutionner un ensemble de problèmes, ce qui sauve du temps et des efforts.

• La TG prend origine dans deux racines distinctesLa TG prend origine dans deux racines distinctes : :

1) Les ingénieurs de production qui ont développé les groupes d’éléments ou 1) Les ingénieurs de production qui ont développé les groupes d’éléments ou d’activités similaires;d’activités similaires;

2) Les chercheurs du domaine de la psychologie qui étudiaient des méthodes 2) Les chercheurs du domaine de la psychologie qui étudiaient des méthodes pour la valorisation du travail en milieu industriel;pour la valorisation du travail en milieu industriel;

TGTGAVANTAGESAVANTAGES

L’application de le principe de la TG en milieu manufacturier tend à :L’application de le principe de la TG en milieu manufacturier tend à :

• Une diminution du temps de cycle moyen, Une diminution du temps de cycle moyen, • Une baisse des encours, Une baisse des encours, • Une hausse de la qualité, Une hausse de la qualité, • Une diminution des rebuts et des retouches ainsi qu’un allégement du système de Une diminution des rebuts et des retouches ainsi qu’un allégement du système de

gestion (planification, ordonnancement et contrôle plus facile sur quelques gestion (planification, ordonnancement et contrôle plus facile sur quelques groupes de machines),groupes de machines),

• Une diminution des retards sur les livraisons, Une diminution des retards sur les livraisons, • Une baisse des temps de mise en course qui se traduit par une hausse de capacité Une baisse des temps de mise en course qui se traduit par une hausse de capacité

des processeurs,des processeurs,• Des avantages économiques et sociaux grâce à la planification et la coordination Des avantages économiques et sociaux grâce à la planification et la coordination

exécutées en groupe et une augmentation de la valorisation du travail,exécutées en groupe et une augmentation de la valorisation du travail,• Une baisse des besoins de main-d’œuvre et d’outillage. Une baisse des besoins de main-d’œuvre et d’outillage.

TGTGDIFFICULTÉSDIFFICULTÉS

Lors de son application, il peut y avoirLors de son application, il peut y avoir::• Problèmes d’identification de famille;Problèmes d’identification de famille;• Difficulté de clarté dans la classification et le codage;Difficulté de clarté dans la classification et le codage;• Recherche de la solution optimale de regroupement des machines en Recherche de la solution optimale de regroupement des machines en

cellule ou des familles de produits; cellule ou des familles de produits; • Environnement et aménagement difficile à concevoir;Environnement et aménagement difficile à concevoir;• Demande une plus grande autonomie du personnel; Demande une plus grande autonomie du personnel; • Résistance aux changements (ouvriers) lors de son implantation.Résistance aux changements (ouvriers) lors de son implantation.

MÉTHODES DE REGROUPEMENT MÉTHODES DE REGROUPEMENT

• Visuelle:Visuelle:• ObservationObservation directe des attributs des composants et des machines; directe des attributs des composants et des machines; • Possible avec un nombre de produits limité.Possible avec un nombre de produits limité.

• Codage :Codage :• Assignation de Assignation de symbolesymbole aux classes de façon à fournir des informations sur aux classes de façon à fournir des informations sur

les attributs de la classe (famille);les attributs de la classe (famille);• Le Le codagecodage peut être basé sur le design de la pièce et/ou sur les attributs peut être basé sur le design de la pièce et/ou sur les attributs

manufacturiers. manufacturiers.

• Algorithmes d’analyse du flux de productionAlgorithmes d’analyse du flux de production:• Analyse du routage des pièces et de la séquence des opérations.

MÉTHODES DE REGROUPEMENTMÉTHODES DE REGROUPEMENT(suite)(suite)

• Programmation linéaire ou modèle mathématique (Branch & Bound Method);• Formulation graphique;• Méthodes de « clustering » et heuristiques;

• Méthode basée sur un coefficient de similarité; • Formulation matricielle;

• Algorithme DCA (Direct Clustering Algorithm)• Algorithme CI (Clusters identification)

• Algorithmes génétiques;• Réseaux de neurones;• Systèmes Experts; • Plusieurs outils composés de ces méthodes existent dans la littérature…

FORMULATION MATRICIELLEFORMULATION MATRICIELLEALGORITHMESALGORITHMES

• Les composants avec opérations Les composants avec opérations communescommunes sont sont groupésgroupés et et identifiésidentifiés comme une famille. comme une famille.• L’analyse de la matrice permet la formation de cellules de façon à isoler des groupes de machines.L’analyse de la matrice permet la formation de cellules de façon à isoler des groupes de machines.

• Exemple 1Exemple 1

Numéro du produit

1 2 3 4 5

1

2

3

4

1 1

1 1

1 1

1 1 1

A

PF -1 PF - 2

2 5 1 3 4

MC -1

MC - 2

1

3

2

4

1 1

1 1

1 1

1 1 1

Étape 1: Étape 1: Après avoir établie la matrice pièce -machine, calculer la somme des rangées Après avoir établie la matrice pièce -machine, calculer la somme des rangées et la sommes des colonnes.et la sommes des colonnes.

Étape 2: Étape 2: Classer les rangées en ordre décroissant de poids (somme de la rangée). Classer les rangées en ordre décroissant de poids (somme de la rangée). Où il y a des égalités, briser les égalités en les mettant en ordre descendant numérique de a des égalités, briser les égalités en les mettant en ordre descendant numérique de # de pièces (Haut vers bas).# de pièces (Haut vers bas).

Étape 3: Classer les colonnes en ordre croissant de poids de gauche vers la droite. Étape 3: Classer les colonnes en ordre croissant de poids de gauche vers la droite. Où il y a des égalités, briser les égalités en mettant les # de machine en ordre Où il y a des égalités, briser les égalités en mettant les # de machine en ordre descendant numérique (droite vers gauche).descendant numérique (droite vers gauche).

Étape Étape 44: : Trier les colonnes. Commençant par la première ligne de la matrice; Trier les colonnes. Commençant par la première ligne de la matrice; déplacer vers la gauche de la matrice toutes les colonnes avec un occurence de « 1 » déplacer vers la gauche de la matrice toutes les colonnes avec un occurence de « 1 » dès la 1dès la 1èreère ligne. Continuer le processus ligne par ligne jusqu’il n’y est plus ligne. Continuer le processus ligne par ligne jusqu’il n’y est plus d’opportunités pour déplacer les colonnes vers la gauche.d’opportunités pour déplacer les colonnes vers la gauche.

Étape Étape 55: : Trier les lignes par occurrence de 1 à partir la 1ere colonne. Colonne par Trier les lignes par occurrence de 1 à partir la 1ere colonne. Colonne par colonne, commencer avec la colonne la plus à gauche, déplacer les lignes vers le colonne, commencer avec la colonne la plus à gauche, déplacer les lignes vers le haut quand les opportunités existent pour former des blocs de « 1 ». haut quand les opportunités existent pour former des blocs de « 1 ».

Étape Étape 66:: Avec la matrice obtenue, nous formons les familles de produits et les cellules Avec la matrice obtenue, nous formons les familles de produits et les cellules de machines en partant du coin supérieur gauche (par concentration des occurrences). de machines en partant du coin supérieur gauche (par concentration des occurrences). Les étapes peuvent être refaites pour améliorer le regroupement. Les étapes peuvent être refaites pour améliorer le regroupement.

MÉTHODES DE REGROUPEMENT MÉTHODES DE REGROUPEMENT 1) ALGORITHME DCA (Chan & Milner 1982)1) ALGORITHME DCA (Chan & Milner 1982)

* Voir exemple 3.1 à 3.3 p. 85 (Tompkins)

EXEMPLE 3.2 (DCA)

ALGORITHME DCA ALGORITHME DCA (Chan & Milner 1982)(Chan & Milner 1982)

Étape 1: Étape 1: Après avoir établie la matrice pièce -machine, calculer Après avoir établie la matrice pièce -machine, calculer la somme des rangées et la sommes des colonnes.la somme des rangées et la sommes des colonnes.

Exemple 3.3Exemple 3.3

ALGORITHME DCAÉtape 2: Étape 2: Classer les rangées en ordre décroissant de poids (somme de la rangée). Classer les rangées en ordre décroissant de poids (somme de la rangée).

Étape 3: Classer les colonnes en ordre croissant de poids de gauche vers la droite.

Étape 4: Triez les colonnes;Étape 4: Triez les colonnes; Étape 5: Triez les lignes. Étape 5: Triez les lignes.

ALGORITHME DCA

ALGORITHME DCAALGORITHME DCAExemple 5Exemple 5

Numéro de machine1 2 3 4 5 6 7

1 1 12 1 13 1 1 24 1 1 2

Numéro de 5 1 1 2Pièces 6 1 1 2

7 1 18 1 1 2

3 2 2 1 1 1 3

Étape 0: Étape 0: Poser numéro de l’itération K = 1.Poser numéro de l’itération K = 1. Étape 1: Étape 1: Choisir n’importe quelle rangée i de la matrice d’incidence AChoisir n’importe quelle rangée i de la matrice d’incidence A (k)(k)

(matrice A à l’itération k). Tracer une ligne horizontale h(matrice A à l’itération k). Tracer une ligne horizontale h ii, à travers la rangée , à travers la rangée

choisie.choisie. Étape 2: Étape 2: Pour chaque ‘1’ dans l’intersection de hPour chaque ‘1’ dans l’intersection de h ii, tracer une ligne verticale v, tracer une ligne verticale vjj..

Étape 3:Étape 3: Pour chaque ‘1’ traversée par la verticale v Pour chaque ‘1’ traversée par la verticale v jj, tracer une ligne , tracer une ligne

horizontale hhorizontale hii.. Étape 4: Étape 4: Répéter les étapes 2 et 3 jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’entrée ‘1’ Répéter les étapes 2 et 3 jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’entrée ‘1’

traversée une seule fois. traversée une seule fois. Étape 5: Étape 5: Transformer la matrice d’incidence ATransformer la matrice d’incidence A(k)(k) en A en A(k+1)(k+1), en enlevant les , en enlevant les

colonnes et les lignes correspondant à toutes les lignes horizontales et verticales colonnes et les lignes correspondant à toutes les lignes horizontales et verticales tracées dans les étapes de 1 à 4 (qui formeront la 1ere cellule et famille).tracées dans les étapes de 1 à 4 (qui formeront la 1ere cellule et famille).

Étape 6: Étape 6: Si matrice ASi matrice A(k+1)(k+1) = 0 (vide), arrêter, sinon poser k=k+1 et aller à = 0 (vide), arrêter, sinon poser k=k+1 et aller à l’étape 1.l’étape 1.

ALGORITHME CI (Kusiak & Chow 1987)ALGORITHME CI (Kusiak & Chow 1987)

ALGORITHME CI (Kusiak & Chow 1987)ALGORITHME CI (Kusiak & Chow 1987)EXEMPLE 6EXEMPLE 6

PRODUITS

MACHINES

A(1) =

1 2 3 4 5 6 7 81234567

1 1 1 1 1

1 1 1

11

1 1 1

h1

v2 v3 v5

h7

h5

Cellule 1 = (1,5,7)Famille 1 = (2,3,5,8)

v6

ALGORITHME CIALGORITHME CIEXEMPLEEXEMPLE

MACHINES

PRODUITS

A(2) =

1 4 6 72346

1 1 1 1

11

h2

h4

v2 v6

Cellule 2 = (2,4)Famille 2 = (1,6)

A(3) =

4 736

1 1 1

v4

Cellule 3 = (3,6)Famille 3 = (4,7)

v7

h6

ALGORITHME CIALGORITHME CIEXEMPLEEXEMPLE

h3

PRODUITS

2 3 5 8 1 6 4 71572436

1 1 11

1 1 1 1 1

11 11

CELLULE 1{CELLULE 2 {CELLULE 3 {

ALGORITHME CIALGORITHME CIRESULTATSRESULTATS

ALGORITHME DE REGROUPEMENTALGORITHME DE REGROUPEMENTRÉSULTAT FINALRÉSULTAT FINAL

RECEPTI

ON

EXPEDITI

ON

1 5 7

2 4

3 6

SYSTÈME DE FABRICATION FLEXIBLE SYSTÈME DE FABRICATION FLEXIBLE (FMS)(FMS)

Le design d’un FMS passe généralement par les approches de Technologie de Groupe et Le design d’un FMS passe généralement par les approches de Technologie de Groupe et l’automatisation.l’automatisation.

Un système de fabrication flexible (Flexible Manufacturing System) consiste en un ensemble de Un système de fabrication flexible (Flexible Manufacturing System) consiste en un ensemble de postes de travail, surtout des machines-outils à commande numérique, reliés entre eux par un postes de travail, surtout des machines-outils à commande numérique, reliés entre eux par un système de manutention et d’entreposage automatique des pièces, le tout contrôlé par un système de manutention et d’entreposage automatique des pièces, le tout contrôlé par un système intégré d’ordinateurs. système intégré d’ordinateurs.

Le FMS est appliqué en grande partie à la production de masse par lot.Le FMS est appliqué en grande partie à la production de masse par lot.

Tompkins; Chap. 8, section 8.3Tompkins; Chap. 8, section 8.3

AVANTAGES ET DÉSAVANTAGESAVANTAGES ET DÉSAVANTAGES (FMS)(FMS)

Avantages :Avantages : Flexibilité;Flexibilité; Haut taux d’utilisation des machines;Haut taux d’utilisation des machines; Réduction des espaces;Réduction des espaces; Réduction des coûts de main-d'œuvre directe;Réduction des coûts de main-d'œuvre directe; Délai de livraison court;Délai de livraison court; Meilleure qualité des produits.Meilleure qualité des produits.

Désavantages :Désavantages : Dispendieux; etDispendieux; et Conception complexe et longue.Conception complexe et longue.

EXERCICE extra 6

Faire aussi exercices 3.8, 3.9, 3.10 et 3.11

QUESTION ???

Livre: p. 79 - 92