GOL 510, Cours 02 a Organisation flexible de la production (4cr

Transcription

Technologie de groupe et systèmes
manufacturiers cellulaires
GOL 510, Cours 05 a
Organisation flexible de la production
(4cr.)
Session : AUTOMNE 2011
Programme de baccalauréat en génie des opérations et de la logistique
École de technologie supérieure, Montréal, QC.
Bibliographie
Source de cette présentation:
“Automation, Production Systems, and ComputerIntegrated Manufacturing”, Mikell P. Groover
Notes de cours de GPA 205, A. Chaaban,
Département GPA, ÉTS, 2007
Notes de cours de IND2303, B. Agard,
Département de mathématiques et de génie
industriel, École polytechnique, 2004
“Modeling and analysis of manufacturing
systems”, Ronald G. Askin et Charles R.
Standridge
Plan de la présentation
Introduction
Méthodes de classification et de regroupement des
produits
Analyse du flux de production
Technologie de groupe et ses applications
Analyse quantitative des systèmes manufacturiers
cellulaires
 Regroupement de produits et de machines par la méthode
de King (Rank Order Clustering)
 Autres méthodes de de regroupement (CIA, DCA)
 Formation de groupe avec la programmation mathématique
 Disposition des machines dans une cellule
Introduction
Volume
Aménagement
par produit (ligne)
Aménagement par
famille de produit (cellulaire)
Aménagement
Fixe (Projet)
Aménagement par
type de procédé (Atelier)
Variété
Introduction
Ce type d’aménagement cherche à regrouper des
processeurs de qualifications différentes de façon à
réduire les déplacements des produits (encours) tout
en offrant une flexibilité de production beaucoup plus
importante que les autres types d’aménagement
Famille de produits: ensemble de produits similaires
regroupés par géométrie, par taille ou encore par
traitement requis en fabrication. C’est basé sur le
technologie de groupe
Type d’aménagement privilégié pour le JAT et TQM
Aussi appelé Système manufacturier cellulaire
Introduction
Aménagement cellulaire: ligne de production
Introduction
Départ
Produit B
Poste A1
Poste B1
Poste C1
Poste D1
Poste E1
1
Produit D
Produit A
Poste A2
Poste C2
Poste B2
Poste D2
Poste E2
sorti
Poste B3
3
Poste D3
4
Poste E3
Produit C
Cellule 1
A -B
Cellule 2
B-C-D
5
Produit E
2
Aménagement cellulaire
Cellules autonomes
Aménagement cellulaire/ par
procédé (flux inter-cellules)
Introduction
La TG et la production cellulaire sont
appropriées lorsque:
 Un aménagement par procédé est utilisé avec une
production en lots
Importance des efforts de manutention, des niveaux d’inventaires en produits
semi-finis et des délais de production
 Les produits peuvent être regroupés en familles de
produits
Introduction
 Deux (2) tâches majeures doivent être accomplies pour
implanter un système manufacturier cellulaire
 Identification des familles de produits
 Réarrangement des machines dans une cellule de production
 Les avantages de la TG et de systèmes cellulaires





Favorise la standardisation des outils, dispositifs de serrage…etc.
Réduit la manutention des produits
Simplifie la planification de la production
Réduit les temps de production, les stocks de WIP
Augmente la satisfaction des employés, et améliore la qualité
Méthodes de classification et de
regroupement des produits
 Visuelle
 Observation directe des attributs des composants et des machines;
 Possible avec un nombre de produits limité.
 Codage
 Assignation de symbole aux classes de façon à fournir des informations sur les
attributs de la classe (famille);
 Le codage peut être basé sur le design de la pièce et/ou sur les attributs
manufacturiers.
 Algorithmes d’analyse du flux de production
 Analyse du routage des pièces et de la séquence des opérations
 Programmation linéaire (en nombres mixtes B&B)
 Méthodes de regroupement
 Algorithme CIA (Cluster Identification Algorithm)
 Algorithme DCA (Direct Clustering Algorithm)
 Méthode de King
Analyse du flux de production
 L’analyse du flux de production (AFP) est une approche:
 D’identification des familles de produits
 De formation de cellules de machines associées aux familles de
produits
 L’approche utilise la gamme de fabrication des produits pour
constituer les familles (au lieu de l’inspection visuelle)
 La procédure de la AFP:
 Collecte de données sur le routage des produits
 Classification des produits selon les similarités dans la séquence des
opérations qu’ils subissent
 Organisation des données dans un tableau (matrice d’incidence)
 Analyse de regroupement (changer la configuration de la matrice
d’incidence de façon à ce que les produits avec des séquences
similaires constituent des ensembles)
Technologie de groupe et ses
applications
 La technologie de groupe (TG) est un principe d’organisation qui tient
compte du fait que plusieurs produits ont des caractéristiques en commun
 Définition: regroupement systématique des composants semblables étant
sujets à une planification et des traitements communs qui permet de
solutionner un ensemble de problèmes, ce qui économise du temps et des
efforts
 La plupart des applications de la (TG) sont dans la production. Ses
principes peuvent être appliqués de trois (3) manières:
 Ordonnancement simple et routage des pièces
 Cellules de machine virtuelles (les familles de produits sont identifiées ainsi
que les équipements dédiés à leur fabrication, sans que ces équipements soient
physiquement réaménagés: les machines d’une cellule virtuelle gardent leur
emplacement original dans l’usine)
 Des familles de produits sont identifiées et des les machines sont physiquement
aménagées et relocalisées dans les cellules
Analyse quantitative des systèmes
 L’analyse consiste à:
 Regrouper des produits et des machines en familles
 Réorganiser la disposition des machines dans une cellule
 Regroupement des produits et des machines par la méthode de
King (Rank Order Clustering)
 Utilisé dans l’analyse du flux de production (avec une matrice
d’incidence)
 L’objectif est de réorganiser la matrice d’incidence de façon à
créer des blocs (avec le maximum de 1) sur la diagonale
 Chaque bloc représente un groupe de machines et de produits
d’une même cellule
 À chaque colonne et à chaque ligne, on assigne une valeur 2 n
(de droite à gauche pour les colonnes et de bas en haut pour les
lignes). Chaque ligne et chaque colonne est lue comme un
nombre binaire. Celui-ci est converti ensuite à une valeur
décimale
 Calcul des valeurs décimales des lignes avec la méthode de
King
Somme de produits
 Calcul des valeurs décimales des colonnes avec la méthode de
King
Somme de produits

L’algorithme de la méthode de King consiste à suivre les
étapes suivantes
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ordonner les lignes dans l’ordre décroissant de leurs valeurs
décimales. Dans le cas d’égalité, les ordonner dans l’ordre
d’apparition dans la matrice d’incidence
L’ordre des lignes est-il le même que lors de l’itération précédente?
Si oui, aller à 6. Sinon, aller à 3
Ordonner les colonnes dans l’ordre décroissant de leurs valeurs
décimales. Dans le cas d’égalité, les ordonner dans l’ordre
d’apparition dans la matrice d’incidence
L’ordre des colonnes est-il le même que lors de l’itération
précédente? Si oui, aller à 6. Sinon aller à 5
Répéter la procédure (en réordonnant à chaque fois les lignes et les
colonnes), tant que l’ordre change à chaque itération
STOP
 Exemple: appliquer la méthode de King pour
déterminer les cellules pour la matrice
d’incidence suivante
Calcul des valeurs décimales des lignes
Ordre des lignes et calcul des valeurs
décimales des colonnes
Ordre des colonnes et calcul des valeurs
décimales des lignes
L’ordre des lignes ne change pas, la procédure s’arrête. Les cellules sont
donc:
Cellule 1: machines 1 et 5 pour les produits A, H et D
Cellule 2: machines 4 et 7 avec les produits B, F et G
Cellule 3: machines 2, 3 et 6 avec les produits I, C et E
 Il existe plusieurs autres méthodes. Les plus célèbres sont:
 La méthode de Kusiak (CIA: Cluster Identification algorithm)
 La méthode de Wei & Kern
 La méthode DCA (Direct Clustering Algorithm) (non-traitée dans ce cours)
 Algorithme de base de Kusiak
 Sélectionner n’importe quelle ligne de la matrice d’incidence et tracer une ligne
horizontale
 Pour chaque 1 rencontré, tracer une ligne verticale
 Pour chaque 1 rencontré, tracer une ligne horizontale
 Répéter jusqu’à ce que tous les 1 soient tous traversés par une ligne horizontale
et une ligne verticale
 Former les cellules avec les pièces et les machines qui sont traversées par les
lignes tracées
 Enlever les éléments utilisés et former une nouvelle matrice avec les éléments
qui restent. Reproduire les mêmes étapes
Exemple: appliquer l’algorithme de Kusiak
pour déterminer les cellules de la matrice
Cellule 1: Machines 1 et 5 pour les
produits A, D et H
Cellule 2: Machines 2, 3 et 6 pour
les produits C, E et I
Cellule 3: Machines 4 et 7 pour les
produits B, F et G
Méthode de Wei & Kern
 Basée sur la notion de poids de similarité
 Le poids de similarité mesure l’importance de
mettre 2 machines dans une même cellule
 Les poids de similarité sont calculés pour
toutes les combinaisons 2 à 2 de machines.
 Avec M machines, une matrice triangulaire M
par M est formée
Pour calculer les poids de similarité Cij de
placer la machine de la colonne i avec la
machine de la colonne j, on procède de la
façon suivante:
 Si pour une même pièce on a des 1 dans chacune
des colonnes, on additionne la valeur « card(P)-1 » à
la somme totale
 Si on a des 0 dans chacune des colonnes, on
additionne « 1 » à la somme totale
 Si on a seulement un 1 dans une des 2 colonnes, on
n’additionne rien à la somme totale
 Pour la formation des cellules, on place dans une même
cellule les deux machines associées au Cij le plus grand.
Pour les autres, on pourrait avoir l’une des trois
situations:
 Une des 2 machines du couple appartient déjà à une seule
cellule, l’autre machine sera attribuée à cette même cellule
 Les deux machines n’appartiennent à aucune cellule, on
commence une nouvelle cellule avec les deux machines
 Les deux machines appartiennent à deux cellules distinctes, on
place ce Cij de côté et on poursuit la procédure avec le suivant
 La procédure est exécutée jusqu’à ce que toutes les
machines soient attribuées à une cellule. On identifie les
pièces exceptions et on traite les Cij mis de côté pour
voir si des cellules peuvent être fusionnées, en autant
que le nombre maximum de machines le permettent
Exemple: appliquer la méthode de Wei &
Kern pour déterminer les cellules de la matrice
d’incidence suivante
Calcul des poids de similarité (pour les
machines M1 et M2):
Création de cellules
Créer une
première
cellule 1
avec les
machines
M3 et M6
Créer une
seconde
cellule 2
avec les
machines
M4 et M8
Ajouter la
machine
M1 à la
cellule 2
(avec les
machines
M4 et M8)
Idem
Ajouter la
machine M2 à
la cellule 2
(avec les
machines M1,
M4 et M8)
Ajouter la
machine M7 à
la cellule 1
(avec les
machines M3
et M6)
Créer une
troisième
cellule 3
(avec les
machines
M5 et M9)
Ajouter la
machine M10 à
la cellule 3 avec
les machines
M5 et M9
Pièces
d’exception
Cellule 1: M3, M6 et M7 pour la pièce P5
Cellule 2: M1, M2, M4 et M8 pour les pièces P1, P3 et P6
Cellule 3: M5, M9 et M10 pour les pièces P4 et P7
P2 et P8 sont des pièces d’exception
Formation des groupes par la
programmation mathématique
 Consiste à trouver la configuration des
groupes de machines de façon à minimiser
les différents coûts associés
 Il s’agit de trouver l’affectation optimale des
opérations sur les pièces et des machines
aux groupes
Résumé des notations du modèle
f
Indice des familles de pièces
g
Indice des groupes
i
Indice des opérations
m
Indice des machines
cm
Coût fixe associé à l’utilisation de la machine m
cg
Coût fixe associé au groupe g
Di
Demande pour le produit associé à l’opération i
H
Coût associé au mouvement de pièces entre les groupes (coût par chargement)
Li
Nombre de chargements de pièces en mouvement à la suite de l’opération i
ml, mu
Bornes inférieure et supérieure sur le nombre de machines par groupe
qf
Coût associé à l’affectation de la famille f au groupe
Rm
Temps disponible de la machine m
tim
Temps de traitement de l’opération i sur la machine m
Ffg
Variable binaire indiquant si la famille f est affectée au groupe g
Xig
Variable binaire indiquant si l’opération i est affectée au groupe g
Ymg
Nombre de machines m assignées au groupe g
Zg
Variable binaire indiquant si un groupe potentiel g est utilisé
Fonction-objectif: minimisation des coûts
totaux:
 Coût d’utilisation des machines
 Coûts relatifs de mouvement de produits
entre les groupes
 Coûts d’utilisation des groupes
 Coûts d’assignation des familles de pièces
aux groupes
Fonction-objectif: minimisation des coûts totaux:
mouvement intergroupe desproduits
Machines
G
M
I
min    cmYmg 
H  vig Li
g 1 m 1
G
+  cg Z g 
g=1
Groupes
i 1
G
F
q
g 1 f 1
f
F fg
Assignation de familles aux groupe
Contraintes
M
ml   Ymg  mu g  1,..., G(limitesdunombredemachinespargroupe)
m 1
I
Dt
i 1
i im
X ig  RmYmg g  1,..., Gm  1,..., M (Suffisammentdemachinesdanschaquegroupe)
X ig  X i 1, g  vig  vig  Déterminationsidesproduitsdoiventtransiterentrelesgroupes 
G
X
g 1
ig
 1i  1,..., I (Chaqueopérationestaffectéeàungroupe )
ig
 I Z g g  1,..., G(utilisation dugroupesiaumoinsuneopérationluiestassignée)
I
X
i 1
X
iS f
ig
 I Ff g g  1,..., G,f  1,..., F (Assignationdelafamillef augroupegsiuneopérationsur
unproduitdelafamillef estassignéeaugroupeg)
Ymg entiers X ig  0,1
  g  0,1
 Ffg  0,1
 vig ,vig  0,1

Disposition des machines dans une cellule
Trois (3) étapes:
 Développer un diagramme de flux de matières (originedestination)
indiquer le nombre de produits en transit entre les différentes machines de la cellule sans
tenir compte des flux entrant et sortant de la cellule
 Déterminer les ratios de flux pour chaque machine
en additionnant tous les flux sortants d’une machine, et en divisant par la somme de tous
les flux entrants dans la même machine
 Disposer les machines dans l’ordre décroissant des ratios
de flux
disposer les machines selon l’ordre décroissant des rations de flux de produits
Exemple: les machines 1, 2, 3 et 4
appartiennent à une cellule. 50 pièces entrent à
la cellule par la machine 3, 20 pièces quittent
la cellule par la machine 1 et 30 par la machine
4. Déterminer la disposition des machines dans
la cellule
Calcul des flux et des ratios
Ordre des machines dans l’ordre de ratios
décroissants
3
2
1
4
Compléter le diagramme (aménagement de la cellule)
avec les autres flux
10
50
3
40
15
2
30
1
25
4
30
10
5
20
Calcul de trois (3) mesures de performance
 Pourcentage de déplacement en séquence
 Pourcentage de déplacement by-pass
 Pourcentage de retour en arrière
 Nombre de déplacement en séquence
40+30+25=95
 Nombre de déplacement by-pass
10+15=25
 Nombre de retour en arrière
10+5=15
 Nombre total de déplacement
95+25+15=135
 Pourcentage de déplacement en séquence 95/135=70.4 %
 Pourcentage de déplacement by-pass 25/135=18.5 %
 Pourcentage de retour en arrière 15/135=11.1 %
Conclusion
Lecture suggérée: livre de référence (chapitre
18 pages 507- 537)

GOL 510, Cours 02 a Organisation flexible de la production (4cr

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