Développement de méthodes d'ordonnancement efficaces et appliquées dans un système de ...

188 Pages·2016·13.59 MB·French

by  Guillermo Campos Ciro

Thèse
de doctorat

de l’UTT
Guillermo CAMPOS CIRO
Développement
de méthodes d’ordonnancement
efficaces et appliquées
dans un système de production
mécanique

Spécialité :
Optimisation et Sûreté des Systèmes

2015TROY0035 Année 2015
THESE
pour l’obtention du grade de
D de l’U
OCTEUR NIVERSITE

T T
DE ECHNOLOGIE DE ROYES
Spécialité : OPTIMISATION ET SURETE DES SYSTEMES
présentée et soutenue par
Guillermo CAMPOS CIRO
le 3 décembre 2015
Développement de méthodes d'ordonnancement efficaces et
appliquées dans un système de production mécanique
JURY
M. A. MOUKRIM PROFESSEUR DES UNIVERSITES Président
M. S. DAUZÈRE-PÉRÈS PROFESSEUR ENSM SAINT-ETIENNE Rapporteur
M. F. DUGARDIN MAITRE DE CONFERENCES Directeur de thèse
M. A. EL MOUDNI PROFESSEUR DES UNIVERSITES Examinateur
M. N. REZG PROFESSEUR DES UNIVERSITES Rapporteur
M. F. YALAOUI PROFESSEUR DES UNIVERSITES Directeur de thèse
Personnalités invitées
M. L. AMODEO PROFESSEUR DES UNIVERSITES
M. R. KELLY CHEF D'ENTREPRISE NORELEM
ii
Remerciements
Les travaux prØsentØs dans cette thŁse ont ØtØ rØalisØs dans le cadre d’un projet thŁse
CIFRE entre l’UniversitØ de Technologie de Troyes (UTT) et la sociØtØ NORELEM SAS (cid:224)
Fontaine Les GrŁs, sous les meilleurs auspices et sous l’encadrement de mes directeurs de
thŁse : Farouk YALAOUI et FrØdØric DUGARDIN et le chef d’entreprise : Russell KELLY.
Je tiens (cid:224) leur exprimer toute ma gratitude pour avoir acceptØ de diriger ma thŁse. Je
les remercie in(cid:28)niment pour leur soutien, leur disponibilitØ, leurs encouragements ainsi que
pour m’avoir guider autant au niveau scienti(cid:28)que qu’humain.
Je remercie Øgalement Mme Ma(cid:239)tØ CLEVY, ingØnieure projet de NORELEM, pour toute
saparticipationdansledØveloppementdecettethŁseetpourm’avoiraidØetsoutenupendant
cestroisannØes,nousavonstravaillØtrŁsbienenØquipe.J’exprimeaussitoutemagratitude(cid:224)
DavidMESSANT,chefd’atelier,poursadisponibilitØetexcellentedispositionpourtravailler
enØquipe,(cid:224)Marie-JosØARAUJO,FabienCOUDRAT,LindaLOPEZ,Jer(cid:244)meROUSSELOT
et Damien DUBOIS pour la bonne ambiance du travail et leur amabilitØ, et (cid:28)nalement (cid:224)
toute la grande famille NORELEM qui m’a accueilli de la meilleure fa(cid:231)on en facilitant mon
travail.
J’exprime toute ma reconnaissance aux membres du jury qui me font l’honneur de par-
ticiper (cid:224) l’Øvaluation de cette thŁse : Monsieur StØphane DAUZ¨RE-P(cid:201)R¨S, Professeur (cid:224)
l’(cid:201)cole Nationale SupØrieure des Mines de Saint-Etienne et (cid:224) Monsieur Nidhal REZG, Pro-
fesseur (cid:224) l’UniversitØ de Lorraine en leur qualitØs de rapporteurs, (cid:224) Monsieur Abdellah EL-
MOUDNI, Professeur (cid:224) l’UniversitØ de Technologie de Belfort-Montbeliard et (cid:224) Monsieur
Aziz MOUKRIM, Professeur (cid:224) l’UniversitØ de Technologie de CompiŁgne en leur qualitØ
d’examinateurs.
Je tiens (cid:224) remercier mes collŁgues de l’UTT qui m’ont soutenu pendant ce temps et
en particulier (cid:224) Juan Carlos RIVERA, AndrØs BERNATE, Elyn SOLANO, Jorge VICTO-
RIA, AndrØs GUTIERREZ, Marie-Helene MAI, Julien AUTOURI, Matthieu LE BERRE,
Bir(cid:244)me BA, Syrine AIT, Slim DAOUD et tous les autres membres du LOSI. Je remercie
Yassine OUAZENE, Julie RUBASZEWSKI et Xixi WANG pour la bonne ambiance du bu-
iii
iv
reau ainsi que pour leur sens de l’humeur. Je remercie Øgalement tous les autres colombiens
de l’UTT. J’exprime aussi toute ma gratitude (cid:224) VØronique BANSE et Bernadette ANDRE
pour l’excellent service et la gentillesse au secrØtariat du p(cid:244)le ROSAS ainsi qu’aux membres
de l’Ecole doctorale, et particuliŁrement (cid:224) Pascale DENIS, Isabelle LECLERCQ et ThŁrese
KAZARIAN pour l’amabilitØ et l’aide prŒtØe dans les procØdures administratives de l’Øcole.
En(cid:28)n, il n’y a pas de mots su(cid:30)sants pour exprimer mes sentiments de remerciement (cid:224)
ma famille en Colombie, (cid:224) ma mŁre Gloria pour m’encourager et me soutenir toujours, (cid:224)
mon pŁre Guillermo pour me conseiller et motiver, et (cid:224) mon frŁre Ricardo pour son soutien
inconditionnel. A mes grand-parents, (cid:224) tous mes oncles, tantes et cousins et (cid:224) mes amis
en Colombie, merci beaucoup pour m’avoir soutenu pendant ces annØes de thŁse. Merci
ØnormØment (cid:224) Adriana pour son positivisme et sa compagnie pendant tous les moments de
la thŁse.
Table des matiŁres
Introduction gØnØrale 1
1 Introduction : Contexte de recherche 5
1.1 Optimisation d’un atelier de production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.1 Ordonnancement : dØ(cid:28)nitions et notations . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Les indicateurs de performance des mØthodes de rØsolution . . . . . . 8
1.2 Contexte industriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 L’entreprise Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 Sa mission, ses services et ses produits . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.3 Analyse de l’existant - Øtat des lieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 Ordonnancement d’un atelier de type open shop . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 (cid:201)tat de l’art 21
2.1 ProblŁmes d’ordonnancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Ordonnancement de type open shop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Les mØthodes de rØsolution exactes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 La programmation mathØmatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Les mØthodes de sØparation et Øvaluation . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4 Les mØthodes approchØes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.1 Les algorithmes gØnØtiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.2 Les colonies de fourmis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.3 Les recherches locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
v
vi Table des matiŁres
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3 Ordonnancement d’Open shop Mono-objectif : mØthodes exactes 41
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 PrØsentation du problŁme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.1 ModØlisation mathØmatique : contraintes de ressources humaines . . . 44
3.2.2 ModØlisation mathØmatique : contraintes de ressources humaines et
d’outillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3 MØthodes de rØsolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4 ExpØrimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4.1 GØnØration des instances numØriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4.2 RØsultats expØrimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4 Ordonnancement d’Open shop Mono-objectif : mØthodes approchØes 73
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2 MØthodes de rØsolution approchØes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2.1 ReprØsentation d’une solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.2 (cid:201)valuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.3 CritŁres d’arrŒt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.4 Contraintes de ressources humaines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.5 Contraintes de ressources humaines et d’outillage . . . . . . . . . . . 98
4.3 ExpØrimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.3.1 GØnØration des instances numØriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.3.2 RØsultats expØrimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5 Ordonnancement d’Open shop multi-objectif 115
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.2 (cid:201)tat de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Table des matiŁres vii
5.2.1 Concepts de rØsolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.3 Des approches pour l’optimisation multi-objectif . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.4 CritŁres de comparaison du front de Pareto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.5 Description de la problØmatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.6 MØthodes de rØsolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6.1 ReprØsentation d’une solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6.2 (cid:201)valuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6.3 MOEAs : NSGA - II et NSGA - III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.7 ExpØrimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.7.1 Les instances numØriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.7.2 RØsultats expØrimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6 Application Industrielle 141
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.2 ProblŁme opØrationnel : ordonnancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.2.1 Collecte de donnØes (cid:224) Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.2.2 Analyse et test des donnØes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.2.3 Logiciel en cours de dØveloppement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Conclusions et perspectives 153
Bibliographie 157
viii Table des matiŁres
Table des (cid:28)gures
1.1 Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Catalogue principal Norelem "Big Green Book" contenant plus de 36000 rØ-
fØrences sur 1400 pages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Produits du "Big Green Book" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Kid de bridage Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5 Serrage pour machines 5 axes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 Table de soudage et accessoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7 Plan atelier Norelem par zone opØratoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.8 Atelier Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.9 Plan atelier Norelem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.10 Exemple d’open shop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Diagramme d’une con(cid:28)guration (cid:224) machine unique (a) et (cid:224) machines parallŁles
(b) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Diagramme d’un (cid:29)ow shop et d’un job shop . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Brins d’ADN [60] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4 Diagramme du comportement des fourmis [177] . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 Recherche locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1 Exemple d’ordonnancement sous contraintes de ressources humaines . . . . . 45
3.2 Exemple d’ordonnancement sous contraintes de ressources humaines et d’ou-
tillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Nombre des instances non rØsolues modŁle MILP RH - selon le nombre de
compØtences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
ix