Traiter les allées dans les problèmes de disposition des systèmes de fabrication : formulation, résolution exacte et optimisation basée sur la simulation

Dealing with aisles in manufacturing system layout problems : formulation, exact resolution and simulation based optimization

• Auteur / Autrice : Hani Pourvaziri
• Direction : Henri Pierreval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/03/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Modélisation et d'Optimisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Mourad Baïou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Seyed-Taghi Akhavan-Niaki, Laura Garcia-Hernandez, Hélène Marian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olga Battaïa, Lyes Benyoucef

Mots clés

Mots clés contrôlés

Implantation (organisation)

Mots clés libres

Problèmes de disposition des installations

Structure d'allées

Programmation linéaire en nombres entiers mixtes

Optimisation de la simulation

Facility layout problems

Aisle structure

Mixed-integer linear programming

Simulation-based optimization

Résumé

L'aménagement des installations peut avoir des impacts importants sur la sécurité, le coût, le temps et la productivité des systèmes de fabrication. Il y a plusieurs décisions importantes impliquées lors de la conception d'un aménagement d'installation. En général, les problèmes d'aménagement des installations concernent les décisions liées à l'affectation des installations telles que les machines, les départements et les postes de travail en atelier d'un système de fabrication pour atteindre les objectifs donnés et en tenant compte de certaines contraintes. Cependant, les installations nécessitent des chemins qui leur permettent de se connecter. Ces chemins, appelés allées, sont utilisés pour le transport des matériaux et des travailleurs entre les installations. Étant donné que le transport des matériaux entre les installations est effectué via un réseau d'allées, la conception d'une bonne structure d'allées peut contribuer à réduire la distance de transport entre les installations, à réduire les coûts de manutention ainsi que le temps de transport et à préparer un transport de matériaux fluide et sûr. Par conséquent, la conception d'une bonne structure d'allée est très importante pour l'efficacité des systèmes de fabrication et devrait être incluse dans le FLP. Cette thèse étudie et analyse le problème de la conception des allées dans les problèmes de disposition des installations et propose une approche qui permet de concevoir la structure des allées et la disposition des installations de manière intégrée.Deux nouvelles approches sont développées pour trouver la disposition optimale des installations et la structure des allées. Dans la première approche, un modèle de programmation linéaire à nombres entiers mixtes est développé pour trouver simultanément la structure optimale des allées, y compris le nombre, la position et la largeur des allées, la position des installations et la position des portes d'entrée / sortie dans un problème de disposition des installations de zone inégale. Un algorithme de branchement et de coupure, amélioré en ajoutant des coupes d'optimalité et des stratégies de branchement et de nœud efficaces, est utilisé pour résoudre le problème. Les expériences de calcul montrent que l'approche proposée est capable de trouver la position appropriée des installations et de la structure des allées pour fabriquer des systèmes jusqu'à 12 installations.Dans la deuxième approche, la simulation est entièrement intégrée à une méthode d'optimisation (c'est-à-dire un algorithme métaheuristique), permettant aux concepteurs de prendre en compte divers facteurs dynamiques et stochastiques tels que le temps de transport, les pannes de machines et de transporteurs, la demande stochastique de produits et le temps de processus stochastique. Le grand avantage de l'approche d'optimisation de simulation proposée est qu'elle peut prendre en charge une connexion directe entre la simulation et de nombreux algorithmes d'optimisation et peut gérer les phénomènes stochastiques et dynamiques mentionnés du système. Par conséquent, il peut être appliqué à une grande variété de FLP dans de nombreux systèmes de fabrication.

Facility layout can have significant impacts on the safety, cost, time, and productivity of manufacturing systems. There are several major decisions involved when designing a facility layout. In general, facility layout problems are concerned with the decisions related to the allocation of the facilities such as machines, departments and workstations on the shop floor of a manufacturing system to achieve the given objectives and considering certain constraints. However, the facilities require paths that allow them to be connected. These paths, called aisles, are used for the transportation of materials and workers between the facilities. Since transporting materials between facilities is performed through an aisle network, designing a good aisle structure can contribute to reduce the transportation distance between facilities, to cut the material handling cost as well as transportation time and to preparing an smooth and safe material transportation. Therefore, designing a good aisle structure is very important for the efficiency of manufacturing systems, and should be included in the FLP. This thesis studies and analysis the problem of designing aisles in facility layout problems and provides an approach that allows designing aisles structure and facilities layout in an integrated manner.Two novel approaches are developed to find the optimum facility layout and aisle structure. In the first approach, a mixed-integer linear programming model is developed to simultaneously find the optimum structure of the aisles including the number, position and width of the aisles, the position of the facilities, and the position of the entrance/exit doors in an unequal area facility layout problems. A branch-and-cut algorithm, improved by adding optimality cuts and efficient branching and node strategies, is used to solve the problem. The computational experiments show that the proposed approach is able to find the suited position of facilities and aisles structure for manufacturing systems up to 12 facilities.In the second approach, simulation is fully integrated with an optimization method (i.e., a metaheuristic algorithm), enabling designers to consider various dynamic and stochastic factors such as transportation time, machine and transporters breakdowns, stochastic demand for products and stochastic process time. The great advantage of the proposed simulation-based optimization approach is that it can support a direct connection between simulation and many optimization algorithm and can handle the mentioned stochastic and dynamic phenomena of the system. Therefore, it can be applied for a wide variety of FLPs in many manufacturing systems.