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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/275870446 Equilibrage de lignes de production Article in Journal EuropÃ©en des SystÃ¨mes AutomatisÃ©s · December 2010 DOI: 10.3166/jesa.44.1079-1117 CITATIONS 5 READS 14,311 2 authors: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: International Journal of Production Research View project Researchers' Perspectives on Industry 4.0 View project Olga Battaïa Kedge Business School, Bordeaux 196 PUBLICATIONS 3,417 CITATIONS SEE PROFILE Alexandre Dolgui IMT Atlantique 904 PUBLICATIONS 18,388 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Alexandre Dolgui on 07 May 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. Equilibrage de lignes de production : état de l’art Olga Guschinskaya* — Alexandre Dolgui* * Centre G2I, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne 158 Cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne, Cedex 2 {guschinskaya, dolgui}@emse.fr RÉSUMÉ. Dans cet article, nous présentons une analyse des avancées récentes dans la modéli- sation et la résolution des problèmes d’équilibrage de lignes de production. Face à un marché en pleine mutation, la structure et la conﬁguration des lignes changent. Ceci fait apparaître de nouveaux problèmes d’optimisation. Nous analysons les nouveaux modèles mathématiques des différents éléments d’une ligne de production, à savoir : le processus de fabrication, les ressources, les contraintes technologiques et les critères utilisés pour évaluer la qualité des so- lutions. Les méthodes exactes et heuristiques destinées à résoudre ces problèmes d’optimisation sont également présentées. La discussion porte aussi sur les futures tendances et les chalenges à relever dans ce domaine. ABSTRACT. This paper presents a survey on the recent contributions in modelling and solving of ﬂow line balancing problems. Because of modern market changes and industrial advances, the structure and conﬁguration of such lines change in order to meet the new demands of efﬁcient and customized production. In this paper, we analyse and compare proposed mathematical models, in particular, we focus on mathematical modelling of different elements of a produc- tion line: manufacturing process, ressources, technological constraints and objective functions. Exact and heuristic methods developed for solving ﬂow line balancing problems are also pre- sented. The new trends and chalenges in this research area are discussed as well. MOTS-CLÉS : Equilibrage de lignes de production, lignes d’assemblage, lignes d’usinage, modèles mathématiques, optimisation, état de l’art. KEYWORDS: Line balancing, ﬂow lines, assembly lines, machining lines, mathematical models, optimization, survey. JESA. Volume ?? – n˚ ??/????, pages 1 à 41 2 JESA. Volume ?? – n˚ ??/???? 1. Introduction La conjonction économique et environnementale actuelle pose de nouveaux déﬁs ambitieux aux secteurs manufacturiers. Les enjeux et l’impact des décisions straté- giques, prises lors de la conception ou conﬁguration des systèmes de production, se voient de plus en plus importants. Compte tenu de la complexité des problèmes de décision qui en relèvent, l’utilisation des méthodes d’optimisation pour leur résolu- tion semble être une évidence. Le problème décisionnel considéré dans cet article, à savoir l’équilibrage des lignes de production, en fait partie du fait de sa complexité combinatoire et de son impact sur le coût et la performance du système de production mis en place. Le présent article a pour le but d’analyser les approches proposées dans la littérature pour la modélisation et la résolution de ce problème. Il est facile à constater l’abondance, dans la littérature, de différentes déﬁnitions données au terme « ligne de production ». Dans cet article, nous appelons par « ligne de production » un système de fabrication constitué d’un ensemble de postes de travail disposés de manière séquentielle. Sur les lignes de production, un produit brut est chargé au début de la ligne (sur le premier poste de travail) et parcourt ensuite la ligne dans une seule direction. Il visite séquentiellement tous les postes de travail. Les produits ﬁnis sortent du dernier poste de travail. Lorsqu’une unité de produit arrive à un poste de travail, elle subit une suite d’opérations, effectuée par des opérateurs ou par des équipements automatiques associés à ce poste. La durée totale des opérations sur un poste de travail est appelée la charge du poste de travail. Deux types de lignes peuvent être distingués par rapport à l’organisation du trans- fert de la pièce : lignes cadencées et non cadencées. Si une ligne est cadencée, alors toutes les pièces qui y sont traitées sont déplacées vers le poste suivant simultanément. Le fonctionnement synchronisé de la ligne se base sur la notion du temps de cycle : il est impératif que la charge de chaque poste de travail ne le dépasse pas. Si cette condition est validée, alors il est possible, au bout d’un temps de cycle, de faire avan- cer toutes les pièces vers leurs postes suivants. Dans les lignes non cadencées, il n’y a pas de nécessité de synchroniser les déplacements de pièces, chaque pièce avance lorsque son traitement est ﬁni. Dans cet article, nous ne nous intéressons qu’aux lignes cadencées. La conception des lignes de production est un problème de décision complexe. De nombreuses études dans des contextes différents ont été présentées dans la littérature, par exemple, (Chow, 1990; Dagnino, 1994; Nkasu et al., 1995; He et al., 1998; Dolgui et al., 2006d; Rekiek et al., 2006). Dans la pratique, il est impossible de conﬁer la conception d’une ligne à une seule personne - plusieurs services se chargent de la prise de décisions. Le processus de conception d’une ligne commence par l’analyse du produit (pro- duits) à fabriquer et des objectifs économiques à atteindre. L’analyse de ces éléments doit permettre de choisir le type de système de production le mieux adapté. Cette dé- cision est difﬁcile sachant que souvent l’évaluation d’une solution par rapport à une autre ne peut être effectuée sans développement détaillé de chacune d’elles. Dans la Equilibrage de lignes de production 3 pratique, dans un premier temps, un ensemble des types de systèmes de production susceptibles d’être efﬁcaces est choisi en tenant compte des données connues. Sou- vent, il est nécessaire de limiter la taille de cet ensemble aﬁn de rendre envisageable l’exploration des solutions les plus prometteuses. L’exploration d’une solution consiste à trouver, pour un type de système de pro- duction ﬁxé, sa conﬁguration optimale. Le nombre d’éléments à prendre en considé- ration rend cette recherche extrêmement complexe. D’autant plus que l’examen d’une conﬁguration possible doit être sufﬁsamment précis aﬁn de vériﬁer sa cohérence, sa faisabilité, et éviter une découverte tardive des fautes de conception à l’étape de la mise en place. La comparaison des conﬁgurations optimales trouvées pour les diffé- rents types de systèmes d’usinage permet de prendre la décision sur l’organisation de la fabrication du produit. Le problème d’équilibrage de lignes de production, que nous étudions dans cet ar- ticle, apparaît à l’étape de leur conﬁguration. Ce problème a comme objectif de répartir les opérations, qui sont nécessaires pour la fabrication du produit (ou des produits), à des postes de travail d’une ou de plusieurs lignes de production tout en respectant un ensemble de contraintes technologiques, économiques ou autres. Pour évaluer la « qualité » de chaque solution, un certain nombre de critères est formulé. Ainsi un problème d’équilibrage peut être décrit par ces cinq éléments (le type et le nombre de lignes à conﬁgurer, les opérations à affecter, les postes de travail à conﬁgurer, les contraintes à respecter, les critères à optimiser). Dans cet article, nous présentons les résultats de l’analyse des modèles mathéma- tiques qui sont utilisés dans la littérature pour décrire ces cinq éléments. Cette analyse est développée dans les cinq sections qui suivent. La Section 2 rappelle l’historique du problème d’équilibrage de lignes de production. La Section 3 décrit les types de lignes de production qui sont généralement concernés par le problème d’équilibrage. La Section 4 classiﬁe les attributs associés aux opérations à affecter. La Section 5 pré- sente les différents caractéristiques des postes de travail. La Section 7 donne un aperçu des critères d’optimisation qui sont utilisés dans les problèmes d’équilibrage. Ensuite, la Section 8 porte sur l’analyse des méthodes de résolution développées pour les pro- blèmes considérés. Enﬁn, la Section 9 présente une synthèse des récentes contribu- tions et offre une discussion sur les déﬁs à relever. Les conclusions sont données dans la Section 10. 2. Problème d’équilibrage de lignes de production : origines et positionnement dans la recherche opérationnelle La nécessité d’organiser le processus de production de manière optimale pousse les industriels à recourir à des outils de la recherche opérationnelle et à formuler ma- thématiquement leurs problèmes de décision aﬁn d’y trouver des réponses efﬁcaces. L’apparition du problème d’équilibrage n’échappe pas à la règle : à l’origine de sa pre- mière formulation mathématique se trouve la volonté de minimiser les temps morts 4 JESA. Volume ?? – n˚ ??/???? des opérateurs lors du fonctionnement des chaînes d’assemblage. Cette formulation de base est connue sous le nom du SALBP (Simple Assembly Line Balancing Pro- blem). Dans ce qui suit, les hypothèses utilisées dans cette première formulation sont présentées. 2.1. Formulation du problème de base : SALBP Au regard des cinq éléments que nous utilisons pour la uploads/Industriel/guschinskaya-dolgui.pdf