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NNT :2014 EMSE 0744

THÈSE

présentée par

Edwin David GOMEZ URRUTIA

pour obtenir le grade de Docteur de l"École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne

Spécialité :Génie Industriel

OPTIMISATION INTÉGRÉE DES DÉCISIONS EN

PLANIFICATION ET ORDONNANCEMENT DANS UNE

CHAÎNE LOGISTIQUE

soutenue à Gardanne, le 12 juin 2014

Membres du jury

RapporteursBernard PenzProfesseur, Institut Polytechnique de Grenoble Safia Kedad-SidhoumMaître de Conférences, Université Pierre et Marie Curie ExaminateursJean-Bernard LasserreDirecteur de Recherche, LAAS-CNRS Laurence WolseyProfesseur, Université Catholique de Louvain Christelle Jussien-GuéretProfesseur, Université d"Angers Nabil AbsiChargé de Recherche, École des Mines de Saint-Étienne

Directeur de thèseStéphane Dauzère-PérèsProfesseur, École des Mines de Saint-Étienne

EncadrantRiad AggouneR&D Manager, CRP Henri Tudor

iiiABSI SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX K. Wolski Directeur de recherche

MECANIQUE ET INGENIERIE S. Drapier, professeur

GENIE DES PROCEDES F. Gruy, Maître de recherche SCIENCES DE LA TERRE B. Guy, Directeur de recherche MATHEMATIQUES APPLIQUEES O. Roustant, Maître-assistant

INFORMATIQUE O. Boissier, Professeur

IMAGE, VISION, SIGNAL JC. Pinoli, Professeur

GENIE INDUSTRIEL A. Dolgui, Professeur

MICROELECTRONIQUE S. Dauzere Peres, Professeur

Mise à jour : 28/03/2014

iv v

À ma mère et Ana Gisselle

vi vii

Remerciements

Je tiens d"abord à remercier le Fonds National de la Recherche (FNR) du Luxembourg pour avoir soutenu cette thématique de recherche et avoir permis une collaboration entre le Centre de Recherche Public Henri Tudor du Luxembourg et l"École des Mines de Saint-Étienne, que je

remercie également de m"avoir donné l"opportunité de m"épanouir dans le monde de la recherche.

J"adresse mes remerciements à Madame Safia Kedad-Sidhoum et Monsieur Bernard Penz

pour avoir accepté d"être rapporteurs de ce travail. Je tiens également à remercier Monsieur Lau-

rence Wolsey, Monsieur Jean-Bernard Lasserre, Madame Christelle Jussien-Guéret et Monsieur Nabil Absi, qui m"ont fait l"honneur de participer au jury de thèse en tant qu"examinateurs.

Mes plus vifs remerciements vont à Monsieur Stéphane Dauzère-Pérès pour avoir encadré ce

travail en tant que Directeur de thèse. Ses idées ont grandement enrichi les contributions de cette

thèse. Son grand savoir m"a beaucoup apporté. J"adresse aussi mes plus sincères remerciements

à Monsieur Riad Aggoune pour avoir co-encadré cette thèse. Ses conseils, sa disponibilité,

ses encouragements et ses critiques constructives m"ont été d"une aide précieuse. J"apprécie

énormément l"amitié qu"il m"a offerte. Je dois dire que la qualité de ce travail est en grande

partie due au bon esprit de travail avec mes encadrants.

Je tiens à remercier mes collègues de l"unité KISS du CRP Henri Tudor, avec qui j"ai passé

des moments très agréables. Je remercie particulièrement Yves Rangoni, qui m"a aidé sur le plan

technique, en répondant à mes questions quotidiennes (et parfois embêtantes...) de LATEX et de français, qui a su construire une très bonne ambiance dans notre groupe travail et que

je compte aujourd"hui parmi mes amis. Je tiens aussi à remercier très spécialement Younès

Djaghloul, personnage mémorable du bureau pour sa grande sympathie. Son aide sur l"aspect informatique, ses conseils, ses encouragements et son amitié me sont d"une valeur inestimable. Je souhaite aussi remercier tous les membres de l"équipe SFL du CMP Georges Charpak

pour leur accueil et l"excellente ambiance qui régnait lors de chacune de mes visites à Gardanne.

Le cadre de travail est magnifique et encore plus la qualité humaine des collaborateurs. Même si je n"ai pas pu y aller très souvent, j"en garderai toujours un très bon souvenir.

Enfin, je remercie ma famille, et très spécialement ma mère, qui malgré la distance m"a tou-

jours apporté son soutien. Je remercie également Ana Gisselle pour son soutien et sa compagnie pendant ces années. viii

Table des matières

Introduction Générale

1

1 Gestion de la chaîne logistique

5

1.1 Introduction

6

1.2 Description de la chaîne logistique

7

1.2.1 Niveaux de décisions en la planification de la chaîne logistique

8

1.2.2 Activités de la chaîne logistique

9

1.3 Systèmes de production

10

1.3.1 Systèmes à flux continus

13

1.3.2 Systèmes à flux discrets

14

1.4 Planification de la production

16

1.4.1 Progiciels de Gestion Intégrée (ERP)

17

1.4.2 Planification des ressources de production (MRP-II)

19

1.4.3 Systèmes de planification avancée (APS)

24

1.5 Ordonnancement de la production

26

1.5.1 Configurations d"ateliers de production

27

1.5.2 Contraintes d"ordonnancement

29

1.5.3 Critères d"optimisation

31

1.6 Conclusion

34

2 État de l"art en planification et ordonnancement

37

2.1 Introduction

38

2.2 Généralités sur les problèmes d"optimisation

38

2.2.1 Complexité

39 ix
xTABLE DES MATIÈRES

2.2.2 Modélisation

41

2.2.3 Méthodes de résolution

42

2.3 Problèmes de dimensionnement de lots

51

2.3.1 Problèmes à courtes périodes

56

2.3.2 Problèmes à longues périodes

60

2.4 Problèmes d"ordonnancement

66

2.5 Intégration de la planification et de l"ordonnancement

68

2.5.1 Approches itératives

71

2.5.2 Approches intégrées

78

2.6 Conclusion

82

3 Approche intégrée pour des problèmes à un niveau

85

3.1 Introduction

86

3.2 Modélisation

87

3.2.1 Description du problème

87

3.2.2 Modèle intégré

88

3.2.3 Modèle avec chemins et séquence fixée

91

3.3 Méthode de résolution

96

3.3.1 Heuristique Lagrangienne pour la résolution du problème à séquence fixée

97

3.3.2 Méthode d"amélioration de la séquence

102

3.4 Analyses et améliorations

105

3.4.1 Résolution du problème à séquence fixée

1 05

3.4.2 Amélioration de la séquence

113

3.5 Résultats expérimentaux

120

3.5.1 Expérimentations avec un atelier de type job-shop 6x6

123

3.5.2 Expérimentations avec un atelier de type job-shop 10x10

125

3.5.3 Expérimentations avec un atelier de type job-shop 20x5

128

3.6 Conclusion

130

4 Approche intégrée pour des problèmes à plusieurs niveaux

133

4.1 Introduction

134

4.2 Évolution du modèle

134

TABLE DES MATIÈRESxi

4.2.1 Description du problème

134

4.2.2 Modèle intégré avec notation classique

140

4.2.3 Modèle intégré avec échelon stock

142

4.2.4 Modèle avec chemins, échelon stock et séquence fixée

144

4.3 Méthode de résolution

144

4.3.1 Heuristique Lagrangienne pour la résolution du problème avec séquence

fixée 145

4.3.2 Méthode d"amélioration de la séquence

157

4.4 Résultats expérimentaux

158

4.4.1 Expérimentations avec des ateliers de type job-shop 6x6

158

4.4.2 Expérimentations avec des ateliers de type job-shop 10x10

176

4.5 Conclusion

190

Conclusion Générale et Perspectives

193
A Fonction objectif Lagrangienne du problème à plusieurs niveaux 197
B Expérimentations avec l"algorithme de lissage descendant 203

B.1 Nomenclature 6x6-2

203

B.2 Nomenclature 6x6-3

204

B.3 Nomenclature 6x6-4

205

B.4 Nomenclature 10x10-1

207

B.5 Nomenclature 10x10-2

208

B.6 Nomenclature 10x10-3

209
C Intégration de la planification de la distribution 211

D Prise en compte de l"aspect environnemental

229

Bibliographie

2 58 xiiTABLE DES MATIÈRES

Liste des tableaux

3.1 Prédécesseurs et successeurs dans le graphe conjonctif

93

3.2 Comparaison de résultats avec différents voisinages

117

3.3 Compromis entre diversification et intensification

119

3.4 Problèmes étudiés

121

3.5 Paramètres généraux pour la génération d"instances

121

3.6 Résultats pour le job-shop 6x6

124

3.7 Écarts relatifs pour le job-shop 6x6 avec 60 secondes de temps de calcul

125

3.8 Écarts relatifs pour le job-shop 6x6 avec 300 secondes de temps de calcul

126

3.9 Résultats pour le job-shop 10x10

1 27

3.10 Écarts relatifs pour le job-shop 10x10

128

3.11 Résultats pour le job-shop 20x5

129

3.12 Écarts relatifs pour le job-shop 20x5

1 30

4.1 Paramètres généraux associés aux ateliers de type job-shop 6x6

159

4.2 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 6x6-1

159

4.3 Résultats pour la nomenclature 6x6-1 avec l"algorithme glouton

160

4.4 Résultats pour la nomenclature 6x6-1 avec l"algorithme descendant

162

4.5 Résultats pour la nomenclature 6x6-1 avec l"algorithme ascendant

163

4.6 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 6x6-2

165

4.7 Résultats pour la nomenclature 6x6-2 avec l"algorithme glouton

166

4.8 Résultats pour la nomenclature 6x6-2 avec l"algorithme ascendant

167

4.9 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 6x6-3

168

4.10 Résultats pour la nomenclature 6x6-3 avec l"algorithme glouton

169 xiii

xivLISTE DES TABLEAUX

4.11 Résultats pour la nomenclature 6x6-3 avec l"algorithme ascendant

170

4.12 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 6x6-4

171

4.13 Résultats pour la nomenclature 6x6-4 avec l"algorithme glouton

172

4.14 Résultats pour la nomenclature 6x6-4 avec l"algorithme ascendant

173

4.15 Paramètres généraux associés aux ateliers de type job-shop 10x10

177

4.16 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 10x10-1

178

4.17 Résultats pour la nomenclature 10x10-1 avec l"algorithme glouton

179

4.18 Résultats pour la nomenclature 10x10-1 avec l"algorithme ascendant

180

4.19 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 10x10-2

181

4.20 Résultats pour la nomenclature 10x10-2 avec l"algorithme glouton

182

4.21 Résultats pour la nomenclature 10x10-2 avec l"algorithme ascendant

183

4.22 Solutions obtenues avec IBM ILOG CPLEX pour la nomenclature 10x10-3

184

4.23 Résultats pour la nomenclature 10x10-3 avec l"algorithme glouton

185
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