Ordonnancement (processus de production) - Scheduling (production processes)

La planification est le processus d'organisation, de contrôle et d'optimisation du travail et des charges de travail dans un processus de production ou un processus de fabrication. La planification est utilisée pour allouer les ressources de l'usine et des machines, planifier les ressources humaines, planifier les processus de production et acheter les matériaux.

C'est un outil important pour la fabrication et l' ingénierie , où il peut avoir un impact majeur sur la productivité d'un processus. Dans la fabrication, le but de la planification est de minimiser le temps et les coûts de production, en indiquant à une installation de production quand fabriquer, avec quel personnel et sur quel équipement. La planification de la production vise à maximiser l'efficacité de l'opération et à réduire les coûts.

Dans certaines situations, la planification peut impliquer des attributs aléatoires, tels que des temps de traitement aléatoires, des dates d'échéance aléatoires, des pondérations aléatoires et des pannes de machine stochastiques. Dans ce cas, les problèmes d'ordonnancement sont appelés « ordonnancement stochastique ».

Aperçu

La planification est le processus d'organisation, de contrôle et d'optimisation du travail et des charges de travail dans un processus de production. Les entreprises utilisent la planification en amont et en aval pour allouer les ressources de l'usine et des machines, planifier les ressources humaines, planifier les processus de production et acheter les matériaux.

• La planification anticipée consiste à planifier les tâches à partir de la date à laquelle les ressources deviennent disponibles pour déterminer la date d'expédition ou la date d'échéance.
• La planification en amont consiste à planifier les tâches à partir de la date d'échéance ou de la date de péremption pour déterminer la date de début et / ou tout changement de capacité requis.

Les avantages de la planification de la production comprennent:

• Réduction du changement de processus
• Réduction des stocks, nivellement
• Réduction des efforts de planification
• Augmentation de l'efficacité de la production
• Nivellement de la charge de travail
• Citations précises de la date de livraison
• Informations en temps réel

Les outils de planification de la production surpassent largement les anciennes méthodes de planification manuelle. Celles-ci fournissent au planificateur de production des interfaces graphiques puissantes qui peuvent être utilisées pour optimiser visuellement les charges de travail en temps réel à différentes étapes de la production, et la reconnaissance de modèles permet au logiciel de créer automatiquement des opportunités de planification qui pourraient ne pas être apparentes sans cette vue des données. Par exemple, une compagnie aérienne peut souhaiter minimiser le nombre de portes d'aéroport requises pour son avion, afin de réduire les coûts, et un logiciel de planification peut permettre aux planificateurs de voir comment cela peut être fait, en analysant les horaires, l'utilisation des avions ou le flux de passagers.

Concepts clés de la planification

Un caractère clé de l'ordonnancement est la productivité, la relation entre la quantité d'entrées et la quantité de sortie. Les concepts clés ici sont:

• Intrants: Les intrants sont l'usine, la main-d'œuvre, les matériaux, l'outillage, l'énergie et un environnement propre.
• Extrants: Les extrants sont les produits fabriqués dans les usines pour d'autres usines ou pour l'acheteur final. La mesure dans laquelle un produit est fabriqué dans une même usine est régie par le coût de transaction .
• Sortie dans l'usine: La sortie de n'importe quelle zone de travail dans l'usine est une entrée vers la zone de travail suivante dans cette usine selon le processus de fabrication. Par exemple, la sortie de coupe est une entrée dans la salle de pliage.
• Sortie pour l'usine suivante: A titre d'exemple, la sortie d'une papeterie est une entrée dans une usine d'impression. Le rendement d'une usine pétrochimique est un intrant dans une usine d'asphalte, une usine de cosmétiques et une usine de plastique.
• Production pour l'acheteur final: La production d'usine est acheminée au consommateur via une entreprise de services telle qu'un détaillant ou une entreprise de revêtement d'asphalte.
• Allocation des ressources: L'allocation des ressources affecte des intrants pour produire une sortie. L'objectif est de maximiser la production avec des intrants donnés ou de minimiser la quantité d'intrants pour produire la sortie requise.

Algorithmes de planification

La planification de la production peut nécessiter une quantité importante de puissance de calcul s'il y a un grand nombre de tâches. Par conséquent, une gamme d'algorithmes de raccourcis ( heuristiques ) (également appelés règles de répartition ) est utilisée:

• Algorithmes stochastiques: problème de planification économique des lots et quantité de production économique
• Algorithmes heuristiques: Heuristique de planification de date d'échéance modifiée et heuristique de goulot d'étranglement de décalage

Ordonnancement de la production par lots

Arrière-plan

L'ordonnancement de la production par lots est la pratique de la planification et de l'ordonnancement des processus de fabrication par lots. Voir Production par lots . Bien que l'ordonnancement puisse s'appliquer à des processus traditionnellement continus tels que le raffinage, il est particulièrement important pour les processus par lots tels que ceux pour les ingrédients actifs pharmaceutiques, les processus biotechnologiques et de nombreux processus chimiques spécialisés. La planification de la production par lots partage certains concepts et techniques avec une planification de capacité finie qui a été appliquée à de nombreux problèmes de fabrication. Les problèmes spécifiques de planification des processus de fabrication par lots ont suscité un intérêt industriel et académique considérable.

Planification dans l'environnement de traitement par lots

Un processus par lots peut être décrit en termes d'une recette qui comprend une nomenclature et des instructions de fonctionnement qui décrivent comment fabriquer le produit. La norme de contrôle de processus par lots ISA S88 fournit un cadre pour décrire une recette de processus par lots. La norme fournit une hiérarchie procédurale pour une recette. Une recette peut être organisée en une série de procédures unitaires ou d'étapes majeures. Les procédures unitaires sont organisées en opérations et les opérations peuvent être davantage organisées en phases.

La recette de manuel suivante illustre l'organisation.

• Charger et mélanger les matériaux A et B dans un réacteur chauffé, chauffer à 80 ° C et réagir 4 heures pour former C.
• Transférer dans le réservoir de mélange, ajouter le solvant D, mélanger 1 heure. Le solide C précipite.
• Centrifuger pendant 2 heures pour séparer C.
• Sécher dans un séchoir à plaques pendant 1 heure.

Une organisation procédurale simplifiée de style S88 de la recette peut apparaître comme suit:

Notez que l'organisation ici est destinée à capturer l'ensemble du processus de planification. Une recette à des fins de contrôle de processus peut avoir une portée plus étroite.

La plupart des contraintes et restrictions décrites par Pinedo sont applicables dans le traitement par lots. Les différentes opérations d'une recette sont soumises à des contraintes de synchronisation ou de précédence qui décrivent quand elles commencent et / ou se terminent les unes par rapport aux autres. De plus, comme les matériaux peuvent être périssables ou instables, l'attente entre les opérations successives peut être limitée ou impossible. Les durées d'opération peuvent être fixes ou elles peuvent dépendre de la durée d'autres opérations.

En plus de l'équipement de traitement, les activités de traitement par lots peuvent nécessiter de la main-d'œuvre, des matériaux, des services publics et des équipements supplémentaires.

Analyse du temps de cycle

Dans certains cas simples, une analyse de la recette peut révéler la cadence de production maximale et l'unité de limitation de débit. Dans l'exemple de processus ci-dessus, si un certain nombre de lots ou de lots de produit C doivent être produits, il est utile de calculer le temps minimum entre les démarrages de lots consécutifs (temps de cycle). Si un lot est autorisé à démarrer avant la fin du lot précédent, le temps de cycle minimum est donné par la relation suivante:

Où CT _min est le temps de cycle le plus court possible pour un processus avec M procédures unitaires et τ _j est la durée totale de la j ème procédure unité. La procédure unitaire avec la durée maximale est parfois appelée goulot d'étranglement. Cette relation s'applique lorsque chaque procédure-unité a une seule unité d'équipement dédiée.

Si des équipements redondants sont disponibles pour au moins une procédure unitaire, le temps de cycle minimum devient:

Où N _j est le nombre d'équipements redondants pour la procédure unitaire j.

Si l'équipement est réutilisé dans un processus, le temps de cycle minimum dépend davantage des détails particuliers du processus. Par exemple, si la procédure de séchage dans l'exemple actuel est remplacée par une autre réaction dans le réacteur, le temps de cycle minimum dépend de la politique d'exploitation et des durées relatives des autres procédures. Dans les cas ci-dessous, une augmentation du temps de maintien dans le sac peut diminuer le temps de cycle minimum moyen.

Visualisation

Divers graphiques sont utilisés pour aider les planificateurs à gérer visuellement les horaires et les contraintes. Le diagramme de Gantt est un affichage qui montre les activités sur un graphique à barres horizontales dans lequel les barres représentent l'heure de l'activité. Vous trouverez ci-dessous un exemple de diagramme de Gantt pour le processus dans l'exemple décrit ci-dessus. Un autre diagramme de temps qui est aussi parfois appelé diagramme de Gantt montre le temps pendant lequel les ressources clés, par exemple l'équipement, sont occupées. Les figures précédentes montrent ce diagramme de Gantt de type occupation.

Les ressources consommées sur une base tarifaire, par exemple l'énergie électrique, la vapeur ou la main-d'œuvre, sont généralement affichées sous forme de graphiques de taux de consommation en fonction du temps.

Méthodes algorithmiques

Lorsque les situations de planification deviennent plus compliquées, par exemple lorsque deux processus ou plus partagent des ressources, il peut être difficile de trouver le meilleur calendrier. Un certain nombre de problèmes d'ordonnancement courants, y compris des variantes de l'exemple décrit ci-dessus, appartiennent à une classe de problèmes qui deviennent très difficiles à résoudre à mesure que leur taille (nombre de procédures et d'opérations) augmente.

Une grande variété d'algorithmes et d'approches a été appliquée à la planification des processus par lots. Les premières méthodes, mises en œuvre dans certains systèmes MRP, supposaient une capacité infinie et ne dépendaient que de la durée du lot. De telles méthodes ne représentaient aucune ressource et produiraient des calendriers irréalisables.

Les méthodes de programmation mathématique impliquent de formuler le problème d'ordonnancement comme un problème d'optimisation où un objectif, par exemple la durée totale, doit être minimisé (ou maximisé) sous réserve d'une série de contraintes qui sont généralement énoncées comme un ensemble d'inégalités et d'égalités. L'objectif et les contraintes peuvent impliquer des variables zéro ou un (entier) ainsi que des relations non linéaires. Un solveur approprié est appliqué pour le problème résultant de la programmation linéaire ou non linéaire à nombres entiers mixtes (MILP / MINLP). L'approche est théoriquement garantie de trouver une solution optimale s'il en existe une. L'inconvénient est que l'algorithme du solveur peut prendre un temps déraisonnable. Les praticiens peuvent utiliser des simplifications spécifiques aux problèmes dans la formulation pour obtenir des solutions plus rapides sans éliminer les composants critiques du modèle d'ordonnancement.

La programmation par contraintes est une approche similaire sauf que le problème est formulé uniquement comme un ensemble de contraintes et que le but est d'arriver rapidement à une solution réalisable. Plusieurs solutions sont possibles avec cette méthode.

La modélisation basée sur les agents décrit le processus par lots et construit un calendrier réalisable sous diverses contraintes. En combinant avec la programmation en nombres entiers mixtes ou des méthodes d'optimisation basées sur la simulation, cette approche pourrait atteindre un bon équilibre entre l'efficacité de la solution et les performances du calendrier.

Voir également

• Planification et planification avancées
• diagramme de Gantt
• Kanban
• Gestion des processus de fabrication
• Réseau ressources-tâches
• Ordonnancement sur une seule machine
• Calendrier (gestion de projet)
• Planification (informatique)
• Ordonnancement stochastique

Les références

Lectures complémentaires

• Blazewicz, J., Ecker, KH, Pesch, E., Schmidt, G. und J. Weglarz, Scheduling Computer and Manufacturing Processes, Berlin (Springer) 2001, ISBN   3-540-41931-4
• Herrmann, Jeffrey W., éditeur, 2006, Handbook of Production Scheduling, Springer, New York.
• McKay, KN et Wiers, VCS, 2004, Contrôle pratique de la production: un guide de survie pour les planificateurs et les ordonnanceurs, J. Ross Publishing, Boca Raton, Floride. Co-publié avec APICS.
• Pinedo, Michael L. 2005. Planification et ordonnancement dans la fabrication et les services, Springer, New York.
• Conway, Richard W., Maxwell, William L., Miller, Louis W., Theory of Scheduling , Dover Publications juin 2003, ISBN   978-0486428178