Résumé

Le sujet de stage recherche proposé s'inscrit dans le cadre d'un paradigme émergent dans le domaine des systèmes de production manufacturiers nommé « Système Manufacturier Elastique » (SME).

Le concept d'élasticité a été emprunté au domaine de l'informatique dans lequel une infrastructure informatique élastique a la capacité d'allouer dynamiquement des ressources (serveur, stockage, puissance de calcul…) selon les variations de la demande de ses clients pour optimiser les performances et les coûts.

Par analogie, dans le contexte des systèmes manufacturier, un SME a la faculté de réaffecter « rapidement » ses ressources de production (poste de travail, machine, opérateurs…) et également d'augmenter et/ou de diminuer celles-ci afin de maintenir une activité de production performante (respect des délais, rentabilité…).

L'objectif principal de ce stage est d'explorer le concept d'élasticité dans le cadre particulier d'un système de production à chemins multiples (Job-Shop Flexible) assujettie à des demandes fluctuantes.

En regard à des scénarii de production à définir, un des objectifs sera notamment de spécifier et d'évaluer quantitativement l'élasticité dans le cadre du cas d'usage considéré (Système de production à chemins multiples flexible). En d'autres termes, il s'agira d'évaluer les facultés d'élasticité d'une configuration de production donnée, à savoir les niveaux de production minimal et maximal adressables par le système de production en regard de la variabilité des demandes.

Un autre aspect relatif à la notion d'élasticité concerne la nécessité de procéder à une reconfiguration du système de production pour faire face à des aléas majeurs lorsque la flexibilité de la configuration courante n'est plus en mesure de répondre aux objectifs de production (quantité, délais, …). Dans ce cas de figure, il est envisagé d'étudier le problème de reconfiguration dynamique des ressources de production à des instants clés (réaffectation/ augmentation/diminution des ressources de production).

Travail de recherche attendu

Contexte Scientifique

Les entreprises font face à un environnement de plus en plus incertain, avec une concurrence accrue sur le marché économique, des crises géopolitiques et le changement climatique. Dans ce contexte, l'approvisionnement en ressources peut être perturbé. De plus, les systèmes de production doivent être flexibles face aux fluctuations de la demande et des volumes, afin d'offrir une production adaptée aux besoins des consommateurs.

Récemment, la Commission européenne a défini les contours d'une nouvelle révolution industrielle : l'Industrie 5.0 [1]. Cette révolution repose sur trois objectifs clés : une industrie centrée sur l'humain, durable et résiliente.

La résilience est définie comme le besoin de développer une plus grande robustesse dans la production industrielle afin de continuer à produire et de répondre aux besoins de la société en temps de crise, en préparant mieux les entreprises à faire face aux perturbations [2].

Au fil des ans, plusieurs concepts ont émergé dans la littérature scientifique pour améliorer l'adaptabilité des systèmes de production et répondre aux changements de paradigmes de production, tels que la flexibilité et la reconfigurabilité. La flexibilité correspond à de petites variations dans le volume et la variété des produits, mais l'investissement dans ces systèmes de production est coûteux et le rendement est faible [3]. La reconfigurabilité peut être définie comme la capacité à modifier de manière répétée la capacité et la fonctionnalité de manière rentable, en répondant à différentes situations de marché [4]. Les auteurs de [5] soulignent deux limitations clés de la reconfigurabilité : (1) le choix de la famille de produits dès le départ, et (2) le manque de lien avec la stratégie commerciale dans la plupart des cas. La reconfigurabilité tend à se concentrer sur la diversité des produits plutôt que sur le volume, et est limitée aux ressources internes de l'entreprise.

Un nouveau concept a émergé : les Systèmes Manufacturiers Elastiques (SME), conçus pour augmenter rapidement et de manière rentable la production en approvisionnant et en désapprovisionnant des ressources [6].

Ce sujet de stage a pour objet de réaliser une étude exploratoire du concept d'élasticité en réponse à des fluctuations de la demande en se focalisant sur le cas particulier d'un système de production flexible à chemins multiples (Job-Shop Flexible)

Description du sujet

Le sujet de stage concerne la modélisation d'un système de production à chemins multiples flexible (Job-shop flexible) soumis à des fluctuations de la demande. Il s'agira d'évaluer les propriétés d'élasticité d'une configuration donnée du système étudié qui intègre un certain niveau de flexibilité.

La première partie du stage s'articule autour d'un état de l'art sur les SME (Système Manufacturier Elastique) et leur apport par rapport aux systèmes manufacturiers flexibles et reconfigurables qui sont bien définis dans la littérature scientifique.

Au niveau du système de production, un des mécanismes de ressources élastiques est la réallocation de ressources (machines, opérateurs…) qui ne sont pas ou peu utilisées [5].

La deuxième partie du stage se concentre sur la modélisation et la simulation par événements discrets d'un cas d'usage d'un système de production à chemins multiples qui intègrera des fonctions d'élasticité pour opérer dynamiquement des allocations de ressource de production en s'appuyant sur les approches existantes de la littérature [7-11].

L'objectif est de mettre en exergue les apports en termes de performance d'une organisation élastique et regard d'une approche basée exclusivement sur les mécanismes de flexibilité.

La problématique centrale est de déterminer à quel moment un changement de configuration du système de production est nécessaire pour faire face aux évolutions de la demande. Une des difficultés est d'ajuster au mieux de manière dynamique la capacité de production à la demande pour maintenir le système dans des conditions opérationnelle performante et rentable.

Cette étude exploratoire des mécanismes d'élasticité, appliqués à un système de production à chemins multiples flexible, a pour finalité de clarifier la notion de couloir de flexibilité en proposant notamment des indicateurs pertinents pour spécifier et évaluer cette notion [12].

Mots-clés : système de production manufacturier, flexibilité, élasticité, reconfigurabilité, fluctuations de la demande, simulation par évènements discrets.

Travaux antérieurs :

· Destouet, C., Tlahig, H., Bettayeb, B., & Mazari, B. (2024). Multi-objective sustainable flexible job shop scheduling problem: Balancing economic, ecological, and social criteria. In Computers & Industrial Engineering (Vol. 195, p. 110419). Elsevier BV

· C. Destouet, H. Tlahig, B. Bettayeb and B. Mazari, "Dynamic and Sustainable Flexible Job Shop Scheduling Problem under Worker Unavailability Risk," 2024 IEEE 20th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), Bari, Italy, 2024, pp. 1126-1131.

· Candice…

• Financement : CESI
• Localisation : CESI Campus de Lyon
• Date de démarrage : Avril 2025
• Durée : 6 mois

Compétences

Compétences scientifiques et techniques : génie industriel, modélisation/simulation système de production, simulation par évènement-discrets (FlexSim, SimEvents …), recherche opérationnelle, programmation (Matlab, Python, …)

Compétences relationnelles : autonomie, rigueur, ouverture d'esprit, force de proposition, esprit d'équipe

CESI est une école d'ingénieurs qui fait de la promotion sociale par l'excellence un modèle de réussite. Rejoignez un environnement stimulant où l'esprit d'équipe, la diversité des projets et l'autonomie ne font qu'un. Découvrez une école qui a su développer un modèle unique et se donne les moyens au quotidien de relever les grands défis de l'époque. Nos 25 campus, 28 000 étudiants, 8000 entreprises partenaires et 106 000 alumni témoignent de l'impact de CESI au niveau national.

CESI accompagne ses étudiants en utilisant des méthodes innovantes de pédagogie active. L'établissement forme avec rigueur les futurs ingénieurs, techniciens et managers, dans les secteurs suivants : l'Industrie & l'Innovation, le BTP, l'Informatique et le Numérique et le Développement Durable. Parallèlement, CESI concrétise son engagement dans la Recherche à travers des activités menées au sein de son Laboratoire d'Innovation Numérique, CESI LINEACT.

Les partenariats établis avec 130 universités à travers le globe, attestent de l'engagement international de CESI. Ces liens privilégiés offrent aux élèves ingénieurs une mobilité sortante et entrante à l'échelle internationale, façonnée notamment par des stages obligatoires faisant partie intégrante de leur cursus.