thèse de doctorat : Conception Optimisée d?un Système de Production énergétiquement Intelligent

Mots-clés : Méthodes d’optimisation, évaluation de performance, processus stochastique, efficacité énergétique.

Contexte et problématique

La conception optimisée d’un système de production est un réel levier de création de valeur pour les entreprises et la société, elle nécessite toutefois d'importants efforts de recherche pour faire face aux enjeux d’une industrie moderne et pérenne. Ces enjeux sont, tels qu’ils sont décrits dans le programme de l’usine du futur, une réponse à plusieurs transitions simultanées : énergétiques, écologique, numérique, organisationnelle et sociétale. Il s’agit de moderniser l’outil de production (biens, services) et d’accompagner les entreprises dans la transformation de leurs modèles d’affaires, de leurs organisations, de leurs modes de conception, de production et de commercialisation. 

Il s’agit est de produire en utilisant au mieux les ressources de l’atelier, de l’usine ou de la chaîne logistique de façon à être réactif face aux évolutions de la demande du ou des marchés. Dans cette optique, les processus de production doivent être aussi flexibles que possible pour pouvoir se réorganiser en termes d’affectation des opérateurs, de réorganisation de l'atelier, de répartition différentes des capacités, de mutualisation des moyens. Ces objectifs imposent des avancées technologiques au niveau des machines (postes modifiables, modulaires, équipements mobiles), des systèmes de pilotage et d'information (reconfigurables), des compétences disponibles (opérateurs pluri-compétents) et des produits eux même (modulaires, composants réutilisables). La reconfiguration et l’adaptation doivent permettre de réaffecter les ressources humaines en fonction des besoins : les opérateurs doivent donc être pluri-compétents et peuvent être amenés à se déplacer avec les équipements. L'enjeu est de permettre une adaptation quasi temps réel à la demande (agilité), en raccourcissant le délai de mise sur le marché comme la montée en cadence.

Optimiser la conception des systèmes de production est une des étapes majeures qui permettent de garantir une productivité optimale tout en respectant de nombreuses contraintes telles que : les normes de qualité, la sécurité des processus de fabrication, l’impact environnemental et autres contraintes économiques. Ces contraintes sont liées à la fois aux types de produits, aux types d’outils de fabrication ainsi qu’à l’environnement. C’est pourquoi, lors de la conception d’un système de production, toutes les alternatives fonctionnelles et technologiques doivent être étudiées afin de garantir le ou les meilleurs choix possibles. En effet, une évaluation précise de la performance d’un système de production est nécessaire pour l’optimisation de sa conception ainsi que pour le pilotage de son fonctionnement. Cette problématique globale se décline souvent comme la conjugaison de plusieurs sous problèmes tels que : la sélection de pièces d’équipements à partir d’un ensemble de solutions candidates pour chaque opération de fabrication; l’équilibrage et le dimensionnement des postes de travail (affectation des opérations aux postes de travail) ; le dimensionnement des zones de stockage ; le dimensionnement des systèmes de transport; l’aménagement des emplacements.

La performance d'un système de production doit être évaluée globalement et sur la durée du cycle vie du système et des produits réalisés. Elle intègre non seulement les notions de coût, délais, qualité, mais aussi de flexibilité, (capacité de changement rapide de la planification en cours et/ou modification de l'outil de production), de robustesse (comportement stable vis à vis de variations de la demande et d'occurrence d'aléas) et de valeur liée à la satisfaction du client. En outre, les caractéristiques énergétiques et environnementales sont des paramètres primordiaux de la performance globale de l’outils de production. Il en résulte un besoin important de méthodologies et d'outils pouvant aider les décideurs à mieux intégrer et évaluer la notion de performance économique et énergétique dès la phase de la conception et/ou de la reconfiguration d'un système de production.

Objectifs scientifiques

Cette thèse a pour objectif de définir une méthodologie globale pour l’optimisation de la conception d’un système de production qui va de la définition du besoin jusqu’à la validation et le déploiement du système. L’étude doit établir un modèle analytique et algorithmique pour l’évaluation des performances d’un système de production énergétiquement efficace.  En effet, cette démarche définira les outils qui permettront d’analyser la performance économique et énergétique d’une ligne de production ou d’un atelier, de définir les besoins puis d’évaluer les différentes alternatives technologiques jusqu’à la validation finale de la solution.

Il s’agit de concevoir un outil de production moderne énergétiquement intelligent en se basant sur des indicateurs de performance adéquats pour évaluer son efficacité énergétique. Ces indicateurs qui doivent alimentés à partir de données de production telles que :  le plan de production, les paramètres de fiabilité des machines, les niveaux des stocks tampons et les temps d’inactivités des machines afin de garantir une meilleure une utilisation des ressources énergétiques. De nouveaux indicateurs de d'efficacité énergétique basés des données de production en temps réel sont à étudier afin identifier l’impact de la ou les machines les plus énergivores sur la performance économique du système de production.

Quelques références

1. Jun-HoLee et al. (2018): Analysis, design, and control of Bernoulli production lines with waiting time constraints. Journal of Manufacturing Systems Volume 46, Pages 208-220
2. Bajpai et al. (2018): Modeling, analysis, and improvement of integrated productivity and energy consumption in a serial manufacturing system Journal of Cleaner Production Vol 199. Pages 296-304
3. Aghelinejad et al. (2018) Production scheduling optimization with machine state and time dependent energy costs. International journal of production research, Vol 56(16), Pages 5558-5575.
4. Wen Su et al. (2017): Reducing energy consumption in serial production lines with Bernoulli reliability machines, International Journal of Production Research, Pages 7356-7379.
5. Wen Su et al. (2016): Improving energy efficiency in Bernoulli serial lines: an integrated model, International Journal of Production Research, Pages 3414-3428.
6. Guorong Chen et al. (2016): Transient Performance Analysis of Serial Production Lines with Geometric Machines. IEEE Transactions On Automatic Control, Vol. 61, NO. 4, 2016
7. Chen, Guorong (2014), Real-Time Analysis and Control of Serial Production Lines for Energy Efficient Manufacturing. Theses and Dissertations. Paper 453. University of Wisconsin-Milwaukee

Encadrement

Dr. Yassine OUAZENE (maître de conférences) – ICD - LOSI 

Prof. Farouk YALAOUI (Professeur des universités) – ICD - LOSI  

Début de la thèse : Automne 2019 (pour une durée de 3 ans)

Profil du candidat :

Le candidat devra être titulaire d’un master recherche et posséder de solides connaissances en programmation informatique et de bonnes bases en recherche opérationnelle et programmation mathématiques et si possibles posséder une culture sur les algorithmes d’optimisation.

Il devra être motivé pour la recherche et le travail en équipe avec de bonne capacité relationnelle et rédactionnelle.

Le candidat intègrera l’équipe du Laboratoire d’Optimisation des Systèmes Industriels (LOSI) de l’Institut Charles Delaunay (UMR ICD 6281) à l’Université de Technologie de Troyes (http://losi.utt.fr/fr/index.html)

Candidature : adresser à (yassine.ouazene@utt.fr) avec les pièces suivantes : CV, lettre de motivation, relevés notes et classement dans le master recherche, lettres de recommandation (si possible)