Tesi sul tema "Équilibrage de ligne d'assemblage"

Dans nos travaux, nous travaillons sur le problème de l’équilibrage de la ligne d’assemblage (ALBP). C’est un problème d’optimisation combinatoire qui permet de définir la répartition des opérations et leur affectation aux stations qui constituent la ligne d’assemblage tout en respectant différentes contraintes de façon à optimiser un critère d’efficacité donné. Deux types de problèmes sont définis d’après l’objectif à minimiser. Le problème de type I (SALBP-1) minimise le nombre de stations sous un temps de cycle donné. Et le problème de type II (SALBP-2) minimise le temps de cycle déterminé par le temps de station le plus grand avec un nombre donné de stations. Nous considérons dans nos travaux uniquement des problèmes de type II. Nous proposons d’abord une méthode pour déterminer la borne inférieure du temps de cycle qui assure de respecter le nombre donné de stations. Cette méthode combine la relaxation lagrangienne et la génération de colonnes. La relaxation lagrangienne est utilisée pour relaxer les contraintes de précédence. Le problème lagrangien de la relaxation lagrangienne est résolu par la génération de colonnes. Ensuite, nous proposons un heuristique pour résoudre les problèmes SALBP-2. L’heuristique proposé se compose de deux phases. Dans la première phase, une solution initiale est produite par un heuristique basé sur un poids correspondant à la position des opérations et d'un certain seuil défini selon les poids pour chaque station. La solution est ensuite améliorée par un procédé de transfert et d’échange dans la deuxième phase. Enfin, les méta-heuristiques sont utilisés pour résoudre le problème déterministe ainsi que le problème stochastique. Ainsi deux méthodes basées sur la génération sont utilisées : l’algorithme de electromagnetism-like mechanism (EM) et l’estimation de distribution (ED). Les résultats de simulation sont comparés avec ceux du recuit simulé (SA). De part sa meilleure performance, EM est choisi pour équilibrer les lignes stochastiques qui considèrent les temps des opérationsomme aléatoires. Dans ce cas, les temps de cycle sont minimisés de façon à assurer que la fiabilité de la ligne est supérieure à une valeur donnée. EM est aussi utilisé pour résoudre les problèmes de type multi-objectif avec minimisation du temps de cycle et maximisation de la fiabilité de la ligne en déterminant un ensemble de solutions Pareto-optimales
Our work considers the problem of balancing the assembly line (ALBP). This is a combinatorial optimization problem which consists in assigning operations to stations of the assembly line while respecting various constraints in order to optimize a criterion of efficiency. Two types of problems are defined, based on the objective to minimize. The type I problem (SALBP-1) minimizes the number of stations in a given cycle time. And the problem of type II (SALBP-2) minimizes the cycle time given by the largest time station with a given number of stations. Problems of type II are only considered in our work. Firstly, a method for determining the lower bound of the cycle time which respects the number of stations is determined. This method combines the Lagrangian relaxation and the columns generation method. The Lagrangian relaxation is used to relax the constraints of precedence. The problem of the Lagrangian relaxation is given by the columns generation. Then, a new heuristic is proposed for solving the SALBP-2 problem. This heuristic consists of two steps. In the first step, an initial solution is produced by an heuristic based on a weight corresponding to the position of operations and a threshold defined for each station. The, in the second step, the solution is improved by a process of transfer and exchange. Finally, meta-heuristics are used to solve deterministic and stochastic problems.Two main meta-heuristics are considered: the electromagnetism-like mechanism algorithm (EM) and the estimated distribution (ED). The performance of our method is confirmed via simulation and it is compared with simulated annealing (SA). Due to its better performance, EM was chosen to balance the stochastic lines with random operation times. In this case, the cycle time is minimized under constraint of the reliability of the line which must be greater than a given value. EM is also used to solve multi-objective problems such as minimizing the cycle time and maximizing the reliability of the line by determining a set of Pareto-optimal solutions

Dans nos travaux, nous travaillons sur le problème de l’équilibrage de la ligne d’assemblage (ALBP). C’est un problème d’optimisation combinatoire qui permet de définir la répartition des opérations et leur affectation aux stations qui constituent la ligne d’assemblage tout en respectant différentes contraintes de façon à optimiser un critère d’efficacité donné. Deux types de problèmes sont définis d’après l’objectif à minimiser. Le problème de type I (SALBP-1) minimise le nombre de stations sous un temps de cycle donné. Et le problème de type II (SALBP-2) minimise le temps de cycle déterminé par le temps de station le plus grand avec un nombre donné de stations. Nous considérons dans nos travaux uniquement des problèmes de type II. Nous proposons d’abord une méthode pour déterminer la borne inférieure du temps de cycle qui assure de respecter le nombre donné de stations. Cette méthode combine la relaxation lagrangienne et la génération de colonnes. La relaxation lagrangienne est utilisée pour relaxer les contraintes de précédence. Le problème lagrangien de la relaxation lagrangienne est résolu par la génération de colonnes. Ensuite, nous proposons un heuristique pour résoudre les problèmes SALBP-2. L’heuristique proposé se compose de deux phases. Dans la première phase, une solution initiale est produite par un heuristique basé sur un poids correspondant à la position des opérations et d'un certain seuil défini selon les poids pour chaque station. La solution est ensuite améliorée par un procédé de transfert et d’échange dans la deuxième phase. Enfin, les méta-heuristiques sont utilisés pour résoudre le problème déterministe ainsi que le problème stochastique. Ainsi deux méthodes basées sur la génération sont utilisées : l’algorithme de electromagnetism-like mechanism (EM) et l’estimation de distribution (ED). Les résultats de simulation sont comparés avec ceux du recuit simulé (SA). De part sa meilleure performance, EM est choisi pour équilibrer les lignes stochastiques qui considèrent les temps des opérationsomme aléatoires. Dans ce cas, les temps de cycle sont minimisés de façon à assurer que la fiabilité de la ligne est supérieure à une valeur donnée. EM est aussi utilisé pour résoudre les problèmes de type multi-objectif avec minimisation du temps de cycle et maximisation de la fiabilité de la ligne en déterminant un ensemble de solutions Pareto-optimales
Our work considers the problem of balancing the assembly line (ALBP). This is a combinatorial optimization problem which consists in assigning operations to stations of the assembly line while respecting various constraints in order to optimize a criterion of efficiency. Two types of problems are defined, based on the objective to minimize. The type I problem (SALBP-1) minimizes the number of stations in a given cycle time. And the problem of type II (SALBP-2) minimizes the cycle time given by the largest time station with a given number of stations. Problems of type II are only considered in our work. Firstly, a method for determining the lower bound of the cycle time which respects the number of stations is determined. This method combines the Lagrangian relaxation and the columns generation method. The Lagrangian relaxation is used to relax the constraints of precedence. The problem of the Lagrangian relaxation is given by the columns generation. Then, a new heuristic is proposed for solving the SALBP-2 problem. This heuristic consists of two steps. In the first step, an initial solution is produced by an heuristic based on a weight corresponding to the position of operations and a threshold defined for each station. The, in the second step, the solution is improved by a process of transfer and exchange. Finally, meta-heuristics are used to solve deterministic and stochastic problems.Two main meta-heuristics are considered: the electromagnetism-like mechanism algorithm (EM) and the estimated distribution (ED). The performance of our method is confirmed via simulation and it is compared with simulated annealing (SA). Due to its better performance, EM was chosen to balance the stochastic lines with random operation times. In this case, the cycle time is minimized under constraint of the reliability of the line which must be greater than a given value. EM is also used to solve multi-objective problems such as minimizing the cycle time and maximizing the reliability of the line by determining a set of Pareto-optimal solutions

Cette thèse est une contribution à une démarche globale de conception rationnelle des systèmes d'assemblage. Elle concerne plus précisément le problème de génération des graphes de précédence, en vue de leur utilisation par les méthodes d'équilibrage des systèmes d'assemblage. Le premier chapitre de ce travail est consacré à la description de la problématique des systèmes d'assemblage. Le deuxième chapitre présente un état de l'art des approches de génération des graphes de précédence pour l'assemblage. Les propriétés de ceux-ci sont listées et comparées à celles des autres modèles des processus d'assemblage. L'objectif du troisième chapitre est l'élaboration d'une méthode systématique d'obtention des graphes de précédence à partir d'un ensemble de gammes d'assemblage. Dans ce but, deux algorithmes sont proposés. Ils sont basés sur la vérification d'une propriété structurelle – la propriété ? – qui est nécessaire et suffisante pour assurer l'équivalence d'un ensemble de gammes à un seul graphe de précédence. Un état de l'art des méthodes de conception des systèmes d'assemblage issues de l'équilibrage des lignes d'assemblage est présenté dans le quatrième chapitre. Le problème d'équilibrage consiste à trouver l'affectation des tâches aux postes, telle qu'elle assure la minimisation du temps de cycle total. Une approche systémique est proposée par la formulation de ce problème comme problème d'optimisation discrète, en vue de la résolution par la programmation dynamique. Le dernier chapitre est dédié à l'analyse des systèmes d'assemblage avec auto-équilibrage, dont la conception évite la résolution d'un problème d'équilibrage classique. Il est suffisant qu'un tel système satisfasse une contrainte technologique simple de placement des opérateurs (humains) sur la ligne – du plus lent au plus rapide – pour qu'il atteigne spontanément un comportement optimal du point de vue de l'équilibrage. Une analyse par simulation de tels systèmes est présentée. Ils peuvent être traités comme systèmes dynamiques hybrides à commutations et sauts autonomes. La condition suffisante de l'autoéquilibrage – le "bon ordre" – est démontrée en utilisant les critères de stabilité des systèmes dynamiques discrets.

Les systèmes de production ou d'assemblage/montage comportant des ateliers organisées en lignes avec, généralement, une forte densité de main-d'œuvre, se rencontrent dans de nombreux secteurs d'activité comme l'industrie automobile (moteur, boite de vitesse, essieux…), l'électroménager (robot mixeur, aspirateur…) etc. Actuellement, dans de nombreuses entreprises, ces chaînes manuelles enregistrent un regain d'attention à la suite de multiples simplifications du produit à assembler suivant le concept «Design for Assembly». Un des problèmes qui se pose lors de l'implantation de ces ateliers ou lors de leur réorganisation est celui de la répartition équitable du travail entre les différents postes de la ligne. C'est ce qu'on appelle le problème d'équilibrage de lignes d'assemblage «Assembly Line Blancing Problem». Ce problème est très important puisque la performance de la ligne est liée à la qualité de l'équilibrage. Le travail présenté dans ce mémoire propose d'une part un état de l'art sur le sujet en dressant un existant des techniques d'équilibrage élaborées jusqu'à ce jour (définitions, terminologie, extensions, problèmes approchants, approches de résolution) et, d'autre part, une contribution originale allant jusqu'à l'écriture d'un logiciel. Les méthodes proposées, simples et efficaces, reposent sur les algorithmes de listes et sur une approche interactive. Ainsi leur compréhension est particulièrement facilitée par les praticiens. Quant au système développé, il est interactif et convivial et peut servir comme outil d'aide à la décision pour le concepteur/gestionnaire de la ligne (simulation de divers scénarios, aide à la définition du cahier des charges, estimation a priori d'une installation à réaliser…). Pour le néophyte, ce logiciel constitue aussi un moyen pédagogique efficace et précieux pour aborder les problèmes d'équilibrage et peut être associé à l'auto-apprentissage. Notre système a été validé grâce à une application industrielle exemplaire: une des chaîne de montage moteurs de la société Renault Véhicules Industriels à Vénissieux
One of the problems we faced in assembly line design or reconfiguration is to assign tasks workstations such that the workload for each one is the same. This is a crucial problem since the performance of the line is linked to its balancing quality. So, the aim of this thesis is twofold : since the problem is rare in the French literature, chapter one and two, establish a state-of-the-art on the assembly line balancing problem (ALB) by comprehensively review, update the literature up to date (define the problem, terminology, generalization/extension, related sequencing/scheduling problems) list and analyze the methodological techniques, while chapter three, explain the heuristics methods and an interactive one designed to solve the ALB problem and chapter four first, report on a computational experiment designed to assess the efficacy of proposed methods against others from literature and second, describes the software package based on theses methods. The later which is interactive, user-friendly and informative will be a valuable aid (decision aid , training, learning) for both experienced users and inexperienced ones in the ALB domain. The user can -choose a problem to solve (literature, randomly generated, enter from keyboard) - choose a method to run (from literature, designed) - update data (cycle time, processing times) - and, of course, uses all traditional data base management functions

Lorsqu’on s’intéresse à une usine de production d’automobiles on découvre que l’atelier de montage est constitué d’un ensemble de stations disposées de manière séquentielle et connectées entre eux par un convoyeur automatique. Une unité de produit parcourt la ligne dans un seul sens et visite toutes les stations pendant une période limitée. Cette unité subit un ensemble d’opérations effectuées par des opérateurs (faible robotisation). Le problème important à résoudre dans l’atelier est l’affectation des opérations aux stations. Il s’agit de ne pas avoir une station plus chargée qu’un autre ; c’est ce que l’on appelle le problème d’équilibrage de ligne de montage. L’objectif de cette thèse est d’apporter les meilleures solutions au ce problème. Nous nous intéressons au cas d’une usine d’automobiles située en Syrie. Il s’agit de résoudre ce problème pour objectif de diminuer les coûts de production. Notre problématique centrale porte donc sur la détermination d’une configuration associée au coût minimal. Pour ce faire nous nous posons la question des méthodes d’optimisation à utiliser. Deux algorithmes issus de la recherche opérationnelle sont proposés. Le premier est une méthode exacte basée sur la programmation dynamique et le deuxième est un algorithme heuristique basé sur l’algorithme ‘glouton’. En appliquant ces algorithmes aux données de l’usine syrienne Hmisho nous trouvons que le deuxième algorithme donne de bon résultat relativement à la minimisation des coûts de production
Having a closer look at an automobile manufacturing plant, we find that the assembly line consists of many stations arranged sequentially. A product unit runs through the line in one direction and visits all stations that are interconnected by an automatic conveyor. This unit is subject to a series of operations carried out by operators for a limited time. During this period the operators should carry out all the required operations assigned to this station (less automation). The important issue to be addressed in the workshop is assigning operations along an assembly line in a way that no station is loaded more than the others. This issue is known as: the assembly line balancing problem. The objective of this thesis is to provide an optimal solution to this problem. Our study discusses the case of a manufacturing plant located in Syria. The study tries to solve the assembly line balancing problem with an objective of reducing production costs. Therefore, our key issue deals with determining a configuration associated with the minimum costs including the examination of optimization methods to be used. Two algorithms of operational research are proposed. The first is an exact method based on dynamic programming and the second is a heuristic algorithm based on the “Greedy” algorithm. By applying these algorithms to data of the “Hmisho Syrian plant” we find that the second algorithm gives better results with respect to the minimization of the production costs

Une vue d'ensemble des problèmes et des méthodes pour la conception des lignesd'assemblage et d'usinage est donnée. Un nouveau problème d'affectation de la main-d’œuvrepour une ligne d'assemblage multi-produit cadencée avec un objectif de minimiser lenombre d'opérateurs est étudié. Diverses relations de priorité entre les opérations et lesdifférentes fonctions définissant les temps d'opérations, en fonction du nombre d'opérateurssont considérés. Un nouveau problème d'optimisation multiobjectif pour une ligne d'usinagemono-produit est formulé. Plusieurs méthodes exactes et heuristiques et leursimplémentations informatiques pour les deux problèmes sont développées par l'auteur. Unmodule logiciel d'aide à la décision pour résoudre ces problèmes est développé et implémentédans un environnement d'un nouveau PLM d'IBM dans le cadre du projet européen amePLM.Ce module est testé sur un exemple réel de conception d'une ligne de montage des moteurschez Mercedes Benz en Allemagne
An overview of existing problems and methods for the design of assembly and transfer lines is given. A new workforce assignment problem for a paced multi-product assembly line with a goal of minimizing the number of workers is studied. Various precedence relations between operations and functions of operation processing times dependent on the number of workers areconsidered. A new problem of multi-objective optimization for a single product transfer line is solved. Several exact and heuristic methods and their computer implementations for both problems are developed by the author. An application of developed approaches to solving a real production problem relevant to the European project amePLM is demonstrated

Dans l’industrie automobile compétitive, l’optimisation des lignes de production est essentielle pour améliorer l’efficacité et la rentabilité. Cette thèse propose une solution complète développée en collaboration avec un acteur majeur du secteur automobile, s’attaquant à trois défis principaux : la planification des séquences d’assemblage, l’équilibrage des ressources et l’évaluation dynamique des performances. La première solution optimise les séquences d’assemblage pour minimiser l’utilisation des ressources et les coûts de production en utilisant l’apprentissage par renforcement et le regroupement hiérarchique. La deuxième solution traite de l’équilibrage des lignes d’assemblage en utilisant des algorithmes métaheuristiques pour réduire le temps de cycle sans augmenter les ressources. La troisième solution améliore les performances dynamiques des lignes de production en cas d’événements stochastiques, tels que les pannes et les retards, grâce à la gestion des stocks et aux stratégies de contrôle optimal. Chaque solution a été validée dans des environnements industriels réels, démontrant des améliorations significatives en termes d’efficacité et de performance des lignes de production
In the competitive automotive industry, optimizing production lines is crucial for enhancing efficiency and profitability. This thesis presents a comprehensive solution developed in collaboration with a leading automotive company, tackling three key challenges: assembly sequence planning, resource balancing, and dynamic performance evaluation. The first solution optimizes assembly sequences to minimize resource usage and production costs using reinforcement learning and hierarchical clustering. The second solution addresses assembly line balancing, employing metaheuristic algorithms to reduce cycle time without increasing resources. The third solution improves dynamic production line performance under stochastic events, such as breakdowns and delays, through inventory management and optimal control strategies. Each solution was validated in real industrial environments, demonstrating substantial improvements in production line efficiency and performance

Cette thèse, réalisée en collaboration avec le Groupe Renault dans le cadre d’un projet d’automatisation du kitting, s’intéresse à l’optimisation du processus de kitting en termes de maximisation du temps de cycle. Pour cela, nous étudions différentes configurations de système de kitting hybride avec robots(s) et opérateur(s) travaillant en série et séparés par un stock de découplage. Le(s) robot(s) commence(nt) la préparation des kits de pièces puis le(s) opérateur(s) se trouvant dans la partie manuelle du kitting récupère(nt) cette préparation et la complète(nt) avec les pièces affectées à cette zone.Notre objectif est de développer un outil d’aide à la décision permettant d’évaluer la performance d’un kitting hybride et de simuler son fonctionnement dans une configuration donnée (layout, politique de picking, etc.) avant son déploiement physique.Tout d’abord, à travers une modélisation des opérationsélémentaires de kitting effectuées par des robots et des opérateurs (prise et dépose, déplacement, etc.), nous proposons un modèle de temps de cycle permettant d’évaluer la performance du système hybride en termes de temps de cycle. Ensuite, nous développons un modèle d’affectation de pièces (PLMNE) permettant de les répartir entre kitting robotisé et manuel. L’objectif est de minimiser les temps de cycle et d’équilibrer la charge de travail entre les deux modes de kitting. Le modèle est appliqué à deux études de cas pratiques issues d’une usine Renault. Les résultats permettent d’identifier les paramètres qui impactent le plus les temps de cycle et le choix d’affectation des pièces entre kitting automatisé et manuel. Enfin, nous développons un modèle de simulation afin de calculer la taille optimale du stock de découplage entre kitting automatisé et manuel dans le but de maximiser la cadence du système hybride de kitting
In this thesis, conducted with Renault in the context of a kitting automation project, we are interested in the optimisation of kitting processes in terms of cycle time maximisation. To do so, we study different configurations of hybrid robot-operator kitting systems where robots (two types of robots considered) and operators are connected in series by an intermediate buffer (to decouple their activities). The robotic kitting area starts the preparation of kits then the operators in the manual kitting area retrieve the preparation of robots and complete with the remaining parts.Our objective is to develop a decision-making tool that assesses the hybrid system performance in a given configuration (layout, picking policy, etc.).First, through a modelling of elementary kitting operations performed by robots and operators (pick and place, travel, etc.), we develop a cycle time model to assess the performance of hybrid kitting systems. Then, we develop an assignment model that assigns parts (formulated as a mixed integer linear programming (MILP) problem) either to robotic or manual kitting areas with the objective of minimising cycle times and balancing workload between them. The model is applied to two case studies pertaining to a Renault plant. This analysis identifies the parameters that influence cycle times and the choice between robotic and manual kitting. Finally, we develop a simulation model to find the optimal buffer size between robotic and manual kitting so that throughput is maximised

La faible duree de vie des produits et la multitude des variantes proposees aux clients obligent les entreprises a disposer de systemes de production flexibles et modulaires. Dans ce travail de recherche, les systemes d'assemblage, particulierement representatifs puisqu'ils constituent souvent l'une des dernieres etapes du processus de production ou se fait la personnalisation, sont utilises comme support. On se focalise plus precisement sur l'aspect pilotage du flux dans le cas d'une ligne flexible d'assemblage a transfert asynchrone. En effet, outre les difficultes inherentes a la conception d'un systeme flexible d'assemblage, la gestion du flux en cours d'exploitation necessite, pour chaque nouvelle production, la determination optimale des parametres de pilotage afin de minimiser les delais, les encours, les reglages, etc l'objectif de ce travail est de proposer une architecture d'integration d'outils informatiques permettant d'optimiser les parametres de pilotage d'une ligne en exploitation. La simulation de flux est le premier outil utilise. Son temps de reponse, tres nettement inferieur a celui du systeme reel, permet de tester un grand nombre de combinaisons des parametres. Mais si le nombre de combinaisons est tres important, la simulation exhaustive de chacune d'elles s'avere longue et fastidieuse. On propose donc de coupler la simulation a un autre outil : un algorithme d'optimisation de type heuristique. Les experimentations realisees avec plusieurs algorithmes et en particulier avec un algorithme genetique, montrent l'efficacite de ce couplage. Pour satisfaire simultanement plusieurs objectifs, l'algorithme est ensuite complete par une methode de selection multicritere.

L’assemblage des constituants sur la voiture est la principale activité d’une usine terminale automobile. Cette activité d’assemblage génère tout un ensemble de tâches indispensables au bon fonctionnement d’une usine terminale. Elle nécessite une gestion performante des flux internes d’approvisionnements et notamment l’acheminement des pièces des zones de stockage en usine vers le bord de ligne où elles seront montées sur les véhicules. L’objectif de cette thèse CIFRE est de créer des outils d’aide à la décision pour l’équilibrage logistique. Nous avons ainsi modélisé l’activité d’un opérateur logistique pris indépendamment des autres opérateurs, simulé les déplacements des opérateurs dans les allées d’un atelier de montage, mis en place des indicateurs de performances pour évaluer la faisabilité et la difficulté de tenir un poste logistique, évalué la perte de temps due à des encombrements dans les allées de l’atelier, et optimisé la répartition des références entre les différents opérateurs logistiques engagés. Nous sommes capables, grâce à la simulation de prédire quelles seront les performances d’un équilibrage logistique donné, et plus précisément les postes à problèmes avant la mise en place de ce dernier sur le terrain. Nous avons aussi développé un outil d’optimisation permettant la création automatique d’un équilibrage logistique
The assembly of the components on the car is the main activity of an automobile final factory. This activity of assembly generates a whole of essential tasks to the good performance of a final factory. It requires a powerful management of internal flows of supplies and in particular the routing of the parts from the warehouse toward the line where they will be assembled on the vehicles. The transport of these parts is ensured by logistic manpower. A crucial point of the internal logistics is the logistic balancing, that is the affectation between the logistic operators of the references to be delivered to the assembly line. The objective of this thesis is to create tools of decision-making aid for logistic balancing. We modelled the activity of a logistic operator taken independently of the other operators, simulated displacements of the operators in the alleys of an assembly workshop, proposed indicators of performances to evaluate the feasibility and the difficulty in holding a logistic station, evaluated the waste of time due to obstructions in the alleys of the workshop, and optimized the distribution of the references between the various logistic operators. We are able thanks to simulation to predict the performances of a given logistic balancing, and more precisely which will be the logistic stations with problems before the installation of this one in the workshop. We also provided an optimization tool which helps the person in charge of the logistic manpower to establish its balancing automaticaly

Si le problème d'équilibrage lors de la conception de lignes d'assemblage est largement étudié dans la littérature sous le nom d’ALBP (Assembly Line Balancing Problems), peu de travaux concernent leur rééquilibrage dans un horizon court terme et en-ligne. Les travaux présentés dans ce mémoire portent donc sur le rééquilibrage dynamique des lignes d’assemblage en réaction aux événements court terme perturbants la production. L’objectif étant de changer l’allocation des taches sur les postes de travail afin de lisser la charge induite par la perturbation. Le délai court sans arrêt de production étant plus important que l'optimalité de la solution, le temps de résolution rapide des méthodes de résolution approchées nous a intéressé. Deux approches ont été étudiées pour leur simplicité et leur nouveauté dans le domaine du ALBP : la méthode ILS (Iterated Local Search) et la recherche d’atteignabilité sur un réseau d’automates communicants. Cela nous a montré qu'elles peuvent répondre au besoin de réactivité imposé par notre problème mais qu’elles sont difficilement adaptables lorsque les leviers d’action pour rééquilibrer la ligne sont modifiés. Notre proposition pour répondre à ce besoin d’adaptabilité est une méthodologie de modélisation et de résolution des problèmes de rééquilibrage des lignes d’assemblage s’appuyant sur un réseau d’automates communicants et une recherche d’atteignabilité sur celui-ci. Pour assurer la généricité, la méthodologie est décomposée en deux niveaux d’abstraction : l'étude de la classe du problème ALBP considéré et al résolution du problème spécifique. Les travaux ont été validés sur des exemples industriels issus de la société Trane
Assembly lines are flow-oriented production systems. They are still typical in industrial production systems despite the evolution from mass-production to more personalized and fluctuating production. In order to meet customer demand (quantity, time, etc.) and to reduce manufacturing costs, the lines must be well balanced. In other words, the products need to move from one workstation to another with the same pace, usually called takt time. This assembly line design problem is widely studied in the literature under the name of ALBP (Assembly Line Balancing Problems). Nonetheless, few studies concern the on-line reconfiguration and in particular, the dynamic rebalancing. The work presented in this thesis focuses on the dynamic rebalancing of assembly lines in response to short-term events disturbing production. Two approaches have been studied for their simplicity, speed of implementation and innovation in the field of ALBP: the ILS approach (Iterated Local Search) and the reachability analysis approach based on a network of communicating automata. This study showed that both approaches can address the need for a quick resolution required by dynamic rebalancing problem but lacked for adaptation when model constraints or objectives are changed. A methodological approach for assembly line balancing problems modeling and resolution is proposed to bridge the gap of adaptability. To ensure the genericity of obtained models., the methodology is composed of two levels of abstraction: a study of the class of the considered problem and a focus on the specific problem to solve. Studies have been validated on industrial examples from Trane factories

Si le problème d'équilibrage lors de la conception de lignes d'assemblage est largement étudié dans la littérature sous le nom d’ALBP (Assembly Line Balancing Problems), peu de travaux concernent leur rééquilibrage dans un horizon court terme et en-ligne. Les travaux présentés dans ce mémoire portent donc sur le rééquilibrage dynamique des lignes d’assemblage en réaction aux événements court terme perturbants la production. L’objectif étant de changer l’allocation des taches sur les postes de travail afin de lisser la charge induite par la perturbation. Le délai court sans arrêt de production étant plus important que l'optimalité de la solution, le temps de résolution rapide des méthodes de résolution approchées nous a intéressé. Deux approches ont été étudiées pour leur simplicité et leur nouveauté dans le domaine du ALBP : la méthode ILS (Iterated Local Search) et la recherche d’atteignabilité sur un réseau d’automates communicants. Cela nous a montré qu'elles peuvent répondre au besoin de réactivité imposé par notre problème mais qu’elles sont difficilement adaptables lorsque les leviers d’action pour rééquilibrer la ligne sont modifiés. Notre proposition pour répondre à ce besoin d’adaptabilité est une méthodologie de modélisation et de résolution des problèmes de rééquilibrage des lignes d’assemblage s’appuyant sur un réseau d’automates communicants et une recherche d’atteignabilité sur celui-ci. Pour assurer la généricité, la méthodologie est décomposée en deux niveaux d’abstraction : l'étude de la classe du problème ALBP considéré et al résolution du problème spécifique. Les travaux ont été validés sur des exemples industriels issus de la société Trane
Assembly lines are flow-oriented production systems. They are still typical in industrial production systems despite the evolution from mass-production to more personalized and fluctuating production. In order to meet customer demand (quantity, time, etc.) and to reduce manufacturing costs, the lines must be well balanced. In other words, the products need to move from one workstation to another with the same pace, usually called takt time. This assembly line design problem is widely studied in the literature under the name of ALBP (Assembly Line Balancing Problems). Nonetheless, few studies concern the on-line reconfiguration and in particular, the dynamic rebalancing. The work presented in this thesis focuses on the dynamic rebalancing of assembly lines in response to short-term events disturbing production. Two approaches have been studied for their simplicity, speed of implementation and innovation in the field of ALBP: the ILS approach (Iterated Local Search) and the reachability analysis approach based on a network of communicating automata. This study showed that both approaches can address the need for a quick resolution required by dynamic rebalancing problem but lacked for adaptation when model constraints or objectives are changed. A methodological approach for assembly line balancing problems modeling and resolution is proposed to bridge the gap of adaptability. To ensure the genericity of obtained models., the methodology is composed of two levels of abstraction: a study of the class of the considered problem and a focus on the specific problem to solve. Studies have been validated on industrial examples from Trane factories

Dans une situation de travail sur une machine d'assemblage automatisée, des dérives techniques en cours de fonctionnement peuvent conduire à des dysfonctionnements de la machine. Ces dysfonctionnements peuvent amener l'opérateur supervisant la machine à s'adapter et à réagir pour réduire l'effet de ces dérives techniques sur le reste de la situation de travail. Pour répondre à ces dysfonctionnements, l'opérateur peut se placer dans une situation dangereuse. Dans ce contexte, la contribution de ce manuscrit s’inscrit donc dans la prévention des accidents du travail sur machine. La contribution majeure de cette thèse est méthodologique. L'objectif de la méthode proposée, nommée Working Situation Health Monitoring (WSHM), est de définir un indicateur d’état de santé de la situation de travail permettant la surveillance de l’apparition de ces situations potentiellement dangereuses, à partir de données générées par les machines. Pour définir cet indicateur, nous proposons d'identifier ces situations potentiellement dangereuses en analysant les dérives potentielles de la situation de travail. Ces dérives peuvent être techniques (dérives de caractéristiques produits, de flux de produits, et/ou de l’état de santé de la machine) et/ou d’interactions entre l’opérateur, la machine et/ou les produits. Pour supporter cette identification, nous proposons de modéliser la situation de travail dans son ensemble en la représentant comme un système. Cette modélisation permettant de capitaliser les informations sur la situation de travail étudiée dans un modèle de données unique basé sur un patron (modèle de référence de situation de travail). La contribution de ces travaux a été testée sur un cas d’étude (une machine d'assemblage automatisée à vocation pédagogique) dans le but de prouver sa faisabilité
In a work situation on an automated assembly machine, technical drifts during operation can lead to machine malfunctions. These malfunctions can lead the operator supervising the machine to adapt and react to reduce the effect of these technical drifts on the rest of the working situation. To respond to these malfunctions, the operator may place himself in a hazardous situation.In this context, this manuscript contributes therefore to prevent work accidents on machines. The major contribution of this thesis is methodological. The aim of the proposed method, named Working Situation Health Monitoring (WSHM), is to define a working situation’s health indicator that will enable the monitoring of the appearance of these potentially hazardous situations, from data generated by the machines. To define this indicator, we suggest identifying these potentially hazardous situations by analyzing the potential drifts of the work situation. These drifts can be technical (drifts of product characteristics, drifts of the product flow characteristics, and/or drift of the machine health) and/or from interactions between the operator, the machine and/or the products.To support this identification, we suggest modeling the work situation as a whole by representing it as a system. This modeling allows capitalizing the information on the studied work situation in a unique data model based on a pattern (working situation’s reference model). The contribution of this work has been tested on a case study (an automated assembly machine for educational purposes) in order to prove its feasibility

Actuellement, les fabricants sont soumis à une pression économique importante et à une concurrence internationale accrue due à la globalisation des marchés. Pour réussir, les fabricants doivent être capables de répondre rapidement aux changements de la demande en adaptant leurs systèmes de production. Cette adaptation aux changements peut être réalisée à travers multiples reconfigurations du système de production.Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'élaboration des méthodes de recherche opérationnelle permettant d'accompagner le décideur lors de la reconfiguration d'une ligne de transfert ou d'assemblage. Ce problème apparaît lorsqu'un nouveau produit doit être fabriqué par une ligne existante ou lorsqu'il y a eu des changements dans les caractéristiques du produit. Par conséquent, il devient nécessaire de modifier la configuration du système de production tout en minimisant les coûts induits. Ces coûts sont évalués différemment pour les systèmes automatisésou manuels. Dans le premier cas, qui correspond au cas des lignes de transfert, pour limiter les investissements, il est souhaitable de réutiliser au maximum les équipements existants à condition que les contraintes techniques et technologiques soient respectées. Dans le cas des lignes manuelles qui sont représentées dans notre étude par les lignes d'assemblage, l'objectif est de minimiser les coûts liés à l'apprentissage des opérateurs causés par la réaffectation de leurs tâches.Les méthodes de résolution exactes basées sur la modélisation mathématique et la programmation linéaire en nombre mixtes ainsi qu'une méthode de type goal programming sont développées dans ce travail pour argumenter la prise de décisions lors de la reconfiguration des lignes de production. Les méthodes proposées ont été testées avec succès sur des échantillons de problèmes proches des cas industriels et ont montré leur efficacité
Global competition causes fluctuations in product demand and requires more frequent modifications of product characteristics. As a consequence, the production systems have to be frequently adapted to new production requirements.This work develops new combinatorial optimization methods for supporting decision makers at the reconfiguration stage considered for transfer and assembly lines. If new products have to be manufactured at the line or existing products are modified, then the line has to be reconfigured in order to meet new production requirements. In highly automated lines, as the transfer lines, the reconfiguration problem is focused on the readjustment of the equipment. To reduce the investment costs, the decision makers aim to reuse the available equipment as much as possible. The existence of compatibility constraints between new operations to be performed and existing facilities makes the reconfiguration problem hard and combinatorial.In manual assembly lines also studied in this thesis, the reconfiguration problem mostly concerns the reassignment of tasks to workers ant the minimization of the cost of retraining operators.The developed methods are based on the mathematical modelling and mixed integer programming, a goal programming approach is designed as well. These methods were successfully tested on a dataset of problem instances close to real industrial problems. The obtained results show the effectiveness and the efficiency of the solution methods proposed

Dans cette thèse, le problème de planification des tâches dans les chaînes de montage des aéronefs est étudié. Ces lignes de production sont principalement manuelles et tactées. L'échec de la livraison dans les délais pouvant entraîner des pénalités importantes pour le fabricant, il est essentiel de respecter le calendrier de chaque poste de travail en tenant compte à la fois de critères économiques et ergonomiques. Ce problème de planification peut être considéré comme un problème généralisé de planification de projets avec contraintes de ressources (RCPSP). Dans un premier temps, nous passons en revue les méthodes ergonomiques existantes qui peuvent être utilisées pour évaluer la charge de travail physique dans les lignes de production et examinons leur applicabilité au contexte des chaînes de montage d'aéronefs avec des temps de cycle longs. Sur la base de cette évaluation, nous développons des modèles mathématiques à introduire dans les problèmes considérés du RCPSP afin de prendre en compte l'impact ergonomique sur les opérateurs. Tenant compte de ces contraintes ergonomiques, le problème industriel initial est modélisé comme un RCPSP avec des contraintes et des objectifs spéciaux intégrant à la fois des aspects économiques et ergonomiques. Plusieurs formulations avec des opérateurs polyvalents, des ressources avec des capacités dépendantes du temps, des contraintes sur les facteurs ergonomiques et des tâches multimodales ordonnées par des relations de précédence complexes sont considérées. Des modèles de programmation par contraintes et de programmation linéaire en nombres entiers ont été développés pour ces formulations. Afin d'améliorer les procédures de solution, de nouvelles techniques de propagation de contraintes sont proposées et mises en œuvre. Un nouvel algorithme pour le calcul de la borne inférieure est également développé. L'efficacité des modèles et méthodes présentés est validée par des expériences numériques
In this thesis, the scheduling problem of tasks in aircraft assembly lines is studied. These production lines are mainly manual and paced. Since the failure of delivery on time may result in significant penalties for the manufacturer, it is crucial to meet the schedule at each workstation taking into account both economic and ergonomic criteria. This scheduling problem can be considered as a generalized Resource-Constraints Project Scheduling Problem (RCPSP). Firstly, we review the existing ergonomic methods that can be used to evaluate the physical workload in production lines and examine their applicability to the context of aircraft assembly lines with long takt times. On the basis of this evaluation, we develop mathematical models to be introduced in considered RCPSP problems in order to take into account the ergonomic impact on the operators. Taking into consideration these ergonomic constraints, the original industrial problem is modeled as a RCPSP with special constraints and objectives integrating both economic and ergonomic aspects. Several formulations with multi-skilled operators, resources with time-dependent capacities, constraints on ergonomic factors and multi-mode tasks ordered by precedence relations with time lags are considered. Constraint Programming and Integer Linear Programming models are developed for these formulations. In order to enhance the solution procedures, novel constraint propagation techniques are proposed and implemented. A new algorithm for lower bound calculation is developed as well. The efficiency of presented models and methods are validated through numerical experiments

L'étude s'intéresse au dimensionnement d'un atelier d'assemblage final en avant-projet véhicule. Les questions posées abordent le dimensionnement au plus juste des différentes entités (tronçon, atelier) ainsi que la prise en compte des différents degrés de liberté de la conception du process. Trois problématiques sont traitées :Définition du tronçon d'assemblage en utilisant des solutions déjà existantes en usine. Une proposition intégrant l'aspect produit / process est présentée. Conception d'un atelier de montage déjà existant. L'objectif est de placer les pièces à stocker dans les magasins afin d'en minimiser le coût d'approvisionnement. L'approche intègre la congestion liée aux opérations de chargement/déchargement d'un emballage. Conception d'un atelier d'assemblage en partant d'une feuille blanche. La modélisation adoptée permet d'intégrer le flux de production (particulier à l'assemblage) et indirectement le flux d'approvisionnement.

L'intérêt porté au désassemblage est lié aux notions de recyclage et de récupération des composants et de la matière des produits manufacturés en fin de vie. La plupart des recherches dans le domaine du désassemblage sont concentrées sur la planification du processus et sur la représentation des gammes de désassemblage. Face au manque de travaux en commande en temps réel des systèmes de désassemblage nous avons proposé une solution visant l'optimisation du processus de désassemblage par une nouvelle approche de conduite des systèmes de désassemblage. La définition des équations de l'ordonnancement du désassemblage en temps réel garantie le réalisme du problème et nous assure l'originalité de l'approche. Une architecture de système de commande est proposée. Les interfaces de commande sont conçues sous l'environnement Visual C++ 6.0. Elles intègrent une analyse de l'équilibrage de la ligne et un module d'aide à la décision.

Le désassemblage des produits en fin de vie (EOL) dans la remanufacturation a attiré une attention considérable ces dernières années en raison de ses avantages en matière d'économie de ressources non renouvelables, de protection de l'environnement et de promotion de la croissance économique. Dans la littérature existante, 1) la plupart des problèmes stochastiques d'équilibrage de la ligne de désassemblage supposent que les distributions de probabilité des paramètres incertains soient connues ; 2) la majorité des problèmes d'équilibrage de la ligne de désassemblage se concentrent sur un seul produit ; 3) peu de travaux portent sur les problèmes de conception de la chaîne logistique inversée (RSC) liés à l'équilibrage de la ligne de désassemblage. En réalité, plusieurs RSC liées au désassemblage de produits EOL existent dans les industries de la remanufacturation, telles que l'automobile, les téléphones mobiles, etc. Pour combler ces lacunes dans la littérature, trois nouveaux problèmes liés à l'équilibrage de la ligne de désassemblage sont étudiés dans cette thèse.Tout d'abord, une DLBP à produit unique avec des informations partielles sur les temps de traitement des tâches est étudiée, où seules la moyenne, la borne inférieure et la borne supérieure des temps de traitement des tâches sont connues. L'objectif est de minimiser le coût de désassemblage. Pour le problème étudié, un modèle conjoint à contraintes de probabilités est proposé. Ensuite, une nouvelle formulation sans distribution et une formulation basée sur une approximation de programme de cônes de second ordre sont construites en fonction des propriétés du problème. Les résultats expérimentaux sur 7 instances de référence et sur 81 instances générées aléatoirement montrent l'efficacité de l'approche proposée.Deuxièmement, une nouve DLBP stochastique multi-produits avec un temps de traitement de tâche incertain est abordée, où seules la moyenne, l'écart type et la limite supérieure des temps de tâche sont disponibles. L'objectif est de minimiser le coût de désassemblage. Pour le problème, un modèle conjoint à contraintes de probabilités est formulé. Ensuite, sur la base de l'analyse du problème, le modèle conjoint à contraintes de probabilités est approximativement transformé en un modèle sans distribution. Ensuite, plusieurs inégalités valides et une méthode exacte de coupe et de résolution sont conçues pour résoudre efficacement le problème. Les résultats des expériences sur un exemple illustratif et sur 490 instances générées aléatoirement démontrent les bonnes performances du modèle proposé, des inégalités valides et de la méthode de résolution.Enfin, un nouveau problème de conception de la RSC lié à l'équilibrage de la ligne de désassemblage multi-produits est étudié, où l'approvisionnement en produits EOL, la demande en composants et les temps de traitement des tâches sont supposés incertains. Les objectifs sont de maximiser le profit attendu et de minimiser simultanément les émissions de dioxyde de carbone. Pour le problème, un modèle bi-objectif de programmation stochastique à deux étapes et non linéaire est formulé, et approximativement transformé en un modèle sans distribution linéaire en fonction des propriétés du problème. Ensuite, une méthode basée sur des contraintes epsilon-construites est proposée, dans laquelle une décomposition de Benders améliorée est conçue pour résoudre les problèmes transformés à objectif unique. Des expériences numériques comprenant une étude de cas et sur 200 instances générées aléatoirement sont menées pour évaluer les performances des méthodes proposées. De plus, une analyse de sensibilité est réalisée pour tirer des enseignements en matière de gestion
End-of-Life (EOL) products disassembly in remanufacturing has received extensive attention in recent years owing to their advantages in saving non-renewable resources, protecting the environment and promoting economic growth. In the existing literature, 1) most of stochastic disassembly line balancing problems assume that the probability distributions of uncertain parameters are known; 2) majority of disassembly line balancing problems focus on single product; 3) few works study the disassembly line balancing related reverse supply chain (RSC) design problems. In reality, multiple EOL products disassembly related RSC exist in remanufacturing industries, such as automobile, mobile phone, etc. To bring these research gaps, three new disassembly line balancing related problems are investigated in this thesis.Firstly, a single product disassembly line balancing problem (DLBP) with partial information of task processing times is studied, where only the mean, lower and upper bounds of task processing times are known. The objective is to minimize the disassembly cost. For the studied problem, a joint chance-constrained model is proposed. Then, a new distribution-free formulation and a second-order cone program approximation-based formulation are constructed based on problem properties. Experimental results on 7 benchmark instances and 81 randomly generated instances show the effectiveness and efficiency of the proposed approach.Secondly, a new stochastic multi-product DLBP with uncertain task processing time is addressed, where only the mean, standard deviation and upper bound of task times are available. The objective is to minimize the disassembly cost. For the problem, a joint chance-constrained model is formulated. Then, based on problem analysis, the joint chance-constrained model is approximately transformed into a distribution-free model. Subsequently, several valid inequalities and an exact lifted cut-and-solve method are designed to efficiently solve the problem. Experiments results on an illustrative example and 490 randomly generated instances demonstrate the good performances of the proposed model, valid inequalities and solution method.Finally, a novel multi-product disassembly line balancing related RSC design problem is investigated, where EOL products supply, components demand and task processing times are assumed to be uncertain. The objectives are to maximize the expected profit and minimize carbon dioxide emissions, simultaneously. For the problem, a bi-objective nonlinear two-stage stochastic programming model is formulated and approximately transformed to a linear distribution-free model based on problem properties. Then, an exact epsilon-constrained based method is proposed, in which an improved Benders decomposition is designed to solve the transformed single objective problems. Numerical experiments including one case study and 200 randomly generated instances are conducted to evaluate the performance of proposed methods. Moreover, sensitivity analysis is made to draw managerial insights

Cette thèse contribue à l'évaluation et l'optimisation de l'ergonomie dans la phase de conception des systèmes de production. Une mauvaise ergonomie physique dans les systèmes de production se traduit par une productivité plus faible et des blessures des opérateurs, et augmente les coûts pour les entreprises. L'objectif principal de ce travail est de proposer des méthodes d'optimisation pour la conception de systèmes de production, tenant compte à la fois de l'ergonomie, de la productivité et des coûts. Ce travail se concentre sur la conception préliminaire des lignes d'assemblage. L'enjeu est de fournir aux décideurs des méthodes d'optimisation pour la prise en compte de l'ergonomie, tout en satisfaisant toutes les contraintes technologiques et économiques. Les problèmes combinatoires considérés sont les problèmes d'équilibrage de lignes d'assemblage et de sélection des équipements. Nous avons considéré un modèle quantitatif d'ergonomie basé sur des équations de fatigue et de récupération tirées de la littérature. Nous avons proposé une linéarisation permettant de définir un programme linéaire en variables entières pour ce problème et des méthodes de résolution optimale et approchée. Nous avons également proposé une généralisation de l'approche, avec un modèle multi-objectif optimisant le coût et l'ergonomie. Nous avons développé un algorithme multi-objectif pour sa résolution. Sur la base des modèles et des algorithmes d'optimisation proposés, nous avons défini une méthodologie pour la conception de lignes d'assemblage avec l'optimisation de l'ergonomie dès la phase de conception. Cette méthodologie a été appliquée avec succès dans deux cas industriels
This thesis contributes to the research stream of evaluation and optimization of ergonomics in the design phase of manufacturing systems. Poor physical ergonomics in manufacturing systems results in lower productivity, lower motivation, injuries, and increases costs for companies. The main objective of this work is the proposition of optimization methods for manufacturing systems design, with the joint consideration of ergonomics, productivity, and cost. This work focuses on the preliminary design of assembly lines. The challenge is to provide decision-makers with optimization methods to take ergonomics into account while satisfying all technological and economic constraints. The combinatorial problems considered are the assembly line balancing problem and the selection of equipment. We considered a quantitative model of ergonomics based on fatigue and recovery equations taken from the literature. In addition to the combinatorial nature of problems dealt with, the main scientific challenge stems from the non-linear nature of the ergonomics model. We proposed a linearization allowing defining an integer linear program, we developed optimal and approximate resolution approaches. Besides, we proposed a generalization of the approach, with a multi-objective model optimizing cost and ergonomics. We developed a multi-objective algorithm for its resolution.Based on the proposed models and optimization algorithms, we have defined a methodology for the design of assembly lines with the optimization of ergonomics from the design phase. This methodology has been successfully applied to industrial cases