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Conception de chaînes logistiques pour des projets de construction modulaire pa

Conception de chaînes logistiques pour des projets de construction modulaire par Thomas CAZIN MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE COMME EXIGENCE PARTIELLE À L’OBTENTION DE LA MAÎTRISE AVEC MÉMOIRE EN GÉNIE DE LA PRODUCTION AUTOMATISÉE M. Sc. A. MONTRÉAL, LE 22 FÉVRIER 2021 ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE UNIVERSITÉ DU QUÉBEC Thomas Cazin, 2021 Cette licence Creative Commons signifie qu’il est permis de diffuser, d’imprimer ou de sauvegarder sur un autre support une partie ou la totalité de cette œuvre à condition de mentionner l’auteur, que ces utilisations soient faites à des fins non commerciales et que le contenu de l’œuvre n’ait pas été modifié. PRÉSENTATION DU JURY CE MÉMOIRE A ÉTÉ ÉVALUÉ PAR UN JURY COMPOSÉ DE : M. Amin Chaabane, directeur de mémoire Département du génie des systèmes à l’École de technologie supérieure M. Marc Paquet, codirecteur de mémoire Département du génie des systèmes à l’École de technologie supérieure M James Lapalme, président du jury Département du génie des systèmes à l’École de technologie supérieure Mme Ivanka Iordanova, membre du jury Département du génie de la construction à l’École de technologie supérieure IL A FAIT L’OBJET D’UNE SOUTENANCE DEVANT JURY ET PUBLIC LE 15 FÉVRIER 2021 À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE REMERCIEMENTS Je tiens à remercier les professeurs Amin Chaabane et Marc Paquet, mes directeur et co- directeur de mémoire, pour leurs conseils et leur guidage précieux tout au long de ce projet de recherche. Merci également à Akire Cortes pour son aide précieuse à l’appropriation du logiciel FICO®de Xpress Optimization, et pour notre travail en commun à une période clef de ce projet. Je remercie mes parents pour m’avoir soutenu tout au long de ces deux ans, et plus généralement depuis toujours ; ils ont toujours fait en sorte que je puisse réaliser mes objectifs dans les meilleures conditions. Je remercie Quentin Lecuru, qui m’a accueilli, hébergé et épaulé à mon arrivée au Québec. Je remercie ma grand-mère, Régine Cazin, qui m’aura encouragé tout au long de mes études, dans le travail mais aussi dans la vie privée, et qui n’aura pas pu voir l’aboutissement de ce projet. Je remercie ma grand-mère Antoinette Debremme, et Jean Pierre Debremme, pour leurs soutiens et leurs encouragements permanents dans tous mes objectifs. Enfin je remercie toutes les personnes qui m’ont accompagné au cours de ces deux années au Québec par leurs amitiés et leur bienveillance. Conception de chaînes logistiques pour des projets de construction modulaire Thomas CAZIN RÉSUMÉ La conception de la chaîne logistique (supply chain) dans un projet de construction est à l’heure actuelle très manuelle. La conséquence de ce fait est une organisation peu efficace, entraînant des surcoûts et des dépassements de délais conséquents, réduisant ainsi la rentabilité des projets. En outre, un manque de concertation entre les différents acteurs de la chaîne logistique cause des difficultés supplémentaires pouvant ralentir le projet et gêner les activités. L’étude des méthodes de conception et d’optimisation de la chaîne logistique dans le secteur manufacturier souligne un retard important de l’industrie de la construction, et met en évidence l’intérêt possible à adapter les méthodes déjà existantes dans l’industrie manufacturière au cas de la construction. Après avoir observé les modèles de conception et d’optimisation développés dans la littérature, nous en avons donc construit un nouveau, adapté aux problématiques spécifiques du secteur étudié et permettant d’influencer la prise de décision dès la conception du projet. Une première version permet l’optimisation des coûts d’une construction simple comportant plusieurs possibilités pour être réalisée. Une planification est ensuite effectuée à partir des données issues de la simulation. Une seconde version du modèle intègre la problématique du stockage et ajoute également la possibilité d’influer sur le temps de réalisation grâce à l’introduction d’un « crashing cost ». Les différentes options ainsi générées à travers ces versions permettent de servir d’aide à la décision au moment de concevoir la chaîne logistique, et donc augmenter l’intégration au sein de celle-ci pour réduire les incidents. Mots-clés : gestion de la chaîne logistique de la construction, logistique de construction, modèle d'optimisation, programmation en nombres mixtes, matrice de transition. Supply chain design for modular construction projects Thomas CAZIN ABSTRACT The design of the supply chain in a construction project is currently very manual. The consequence of this fact is an inefficient organization, resulting in additional costs and overruns of significant deadlines, thus allowing the profitability of the projects. In addition, a lack of cooperation between the various actors in the supply chain causes additional difficulties that can slow down the project and generate activities. The study of the methods of design and optimization of the supply chain in the manufacturing sector underlines a significant delay in the construction industry and underline the possibility to adapt the methods already existing in the manufacturing industry in the case of construction. After seeing the design and optimization models developed in the literature, we therefore built a new one, adapted to the specific problems of the sector studied. A first version allows the optimization of the costs of a simple construction with several possibilities to be carried out. Planning is then carried out using the simulation data. A second version of the model integrates the storage issue and adds the possibility of influencing the grace period thanks to the introduction of a crash cost. The different options thus generated through these versions make it possible to serve as decision support when designing the supply chain, and therefore to increase integration within it to reduce incidents. Keywords : construction supply chain management, construction logistics, optimization models, mixed-number programming, transition matrix. TABLE DES MATIÈRES Page INTRODUCTION .....................................................................................................................1 CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE DE RECHERCHE ...........................................................3 1.1 Contexte .........................................................................................................................3 1.2 Problématique de recherche ...........................................................................................6 1.3 Méthodologie .................................................................................................................7 CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE ..........................................................................11 2.1 Les évolutions en cours dans la chaîne logistique de la construction ..........................11 2.2 Les outils à développer pour la gestion de la chaîne logistique ...................................15 2.3 La philosophie lean dans la chaîne logistique ..............................................................17 2.4 Modèles développés pour la conception de chaînes logistiques ..................................20 2.4.1 Modèle développé par Chiu & Okudan (2011)......................................... 21 2.4.2 Modèle de Khalaf et al. (2011) ................................................................. 24 2.4.3 Modèle de Nepal et al. (2012) ................................................................... 26 2.4.4 Modèle développé par Benkaddour (2007)............................................... 30 2.4.5 Modèle de Paquet et al. (2006) ................................................................. 32 2.4.6 Modèle de Martel (2005) .......................................................................... 34 2.5 Discussion et pistes d’adaptation au secteur de la construction ..................................34 2.5.1 Adaptation générale du cadre au contexte de la construction ................... 36 2.5.2 Pistes d’adaptation du modèle de Chiu et Okudan (2011) à la construction ........................................................................................... 37 CHAPITRE 3 PREMIÈRE VERSION DE MODÈLE : ADAPTATION SIMPLE AU SECTEUR DE LA CONSTRUCTION .......................................................41 3.1 Choix d’un exemple simplifié d’architecture pour développer le programme ............41 3.2 Rédaction du programme adapté à la construction. .....................................................45 3.2.1 Notations et hypothèses ............................................................................ 45 3.2.2 Définition des contraintes pour le modèle adapté ..................................... 47 3.2.3 Inclusion du calcul du temps de réalisation et coûts des transports .......... 49 3.2.4 Élaboration d’une planification simple ..................................................... 50 3.2.5 Insertion de contraintes de préséance dans la réalisation des processus ................................................................................................... 53 3.3 Discussion des résultats du modèle..............................................................................55 3.3.1 Interprétation des résultats et validation du modèle ................................. 55 3.3.2 Limitations intrinsèques au modèle .......................................................... 58 3.3.3 Pistes de développement pour la seconde version .................................... 59 CHAPITRE 4 SECONDE VERSION DE MODÈLE : MODÈLE COMPLET ......................61 XII 4.1 Modification de la philosophie du modèle ...................................................................61 4.2 Formulation mathématique de la seconde version .......................................................63 4.2.1 Nouvelles notations ................................................................................... 63 4.2.2 Hypothèses de travail ................................................................................ 65 4.2.3 Formulation mathématique ....................................................................... 66 4.2.4 Validation du modèle ................................................................................ 72 CHAPITRE 5 RÉSULTATS ET DISCUSSION .....................................................................75 5.1 Interprétation des résultats du second modèle .............................................................75 5.2 Scénarios d’essais du modèle .......................................................................................79 5.2.1 Analyse 1 : Influence des limites de stockage sur la chaîne logistique. .................................................................................................. 79 5.2.2 Analyse 2 : Incitation à la réduction des délais du projet ......................... 87 5.3 Discussion des résultats du modèle..............................................................................91 CONCLUSION ........................................................................................................................95 ANNEXE I CONTRAINTES DU PROBLEME DE CHIU & OKUDAN (2011) ..................97 ANNEXE II ALGORITHME DE LA PROCEDURE ARBORESCENCE .........................99 ANNEXE III DONNEES UTILISEES POUR LE SECOND MODÈLE .............................101 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................105 LISTE DES TABLEAUX Page Tableau 2.1 Facteurs clefs et sous-facteurs de compatibilité dans la chaîne logistique ..........27 Tableau 2.2 Comparaison des caractéristiques des modèles présentés ....................................35 Tableau 3.1 Nomenclature de l’architecture choisie pour les tests de programme .................43 Tableau 3.2 Matrice de transition de l'exemple d'architecture utilisé pour le modèle .............44 Tableau 3.3 Matrice de priorité des processus .........................................................................54 Tableau 3.4 Processus et fournisseurs sélectionnés pour la réalisation du bâtiment ...............55 Tableau 4.1 Nomenclature du bâtiment modèle avec quantités ..............................................62 Tableau 4.2 Matrice de transition adaptée aux quantités .........................................................63 Tableau 5.1 Les processus sélectionnés pour la réalisation du modèle ...................................76 Tableau 5.2 Espace disponible chez les fournisseurs (en mètre cube) ....................................80 Tableau 5.3 Fournisseur choisi pour le scénario 1-A ..............................................................81 Tableau 5.4 Choix des fournisseurs et processus pour le scénario 1-B ...................................82 Tableau 5.5 Nouvelles valeurs de limitation des volumes de stocks .......................................85 Tableau 5.6 Nouvelles valeurs des tailles de lots ....................................................................85 Tableau 5.7 Résultats pour un surcoût de 1 000 $ uploads/Geographie/ cazin-thomas.pdf