Au cours des longs siècles de son existence, l’homme a toujours produit des matériaux et des produits destinés à des usages spécifiques. Mais au tournant duXVIIe siècle, il s’est passé quelque chose d’intéressant. L’homme a construit pour la première fois des équipements industriels, ce qui a marqué le début de l’ère de l’industrialisation. Cette ère s’est accompagnée d’installations plus vastes consacrées à tous les aspects du cycle de vie de la production tel que nous le connaissons aujourd’hui. Ces grandes installations ont nécessité la gestion de centaines de travailleurs, le transport de matériaux et les étapes de production d’un produit. Dès les années 1800, le besoin de méthodologies de planification de la production s’est fait sentir.
Ce besoin a conduit au développement de processus de gestion scientifique par des figures légendaires telles que Henry Gantt. Dans les années 1800, des tableaux et des techniques de collecte manuelle de données ont été introduits pour gérer les problèmes de planification de la production. Bien que ces solutions aient parfaitement fonctionné avec l’équipement industriel et les installations de l’époque, les progrès de la technologie de production les ont rendues superflues au début des années 1900.
Dans les années 80, l’ordonnancement de la production était défini comme le processus de planification visant à garantir que les matières premières et la capacité de production d’une installation soient réparties de manière optimale pour répondre à la demande. Avec le temps, cette définition a été mise à jour pour tenir compte des compromis complexes entre des priorités concurrentes et les centaines de relations variables qui se produisent dans les ateliers de fabrication.
Pour gérer ces compromis complexes et ces variables de production, des systèmes avancés de planification et d’ordonnancement de la production ont été mis au point. Ces systèmes ou solutions ont été affectueusement appelés solutions APS et ont pris en compte les matériaux disponibles pour un cycle de production, la main-d’œuvre disponible et la capacité de production. Les systèmes APS ont réussi à programmer des processus de production complexes en appliquant une approche de la programmation basée sur les contraintes. Ainsi, ces outils ont créé des plannings pour :
- Processus de production à forte intensité de capital où des contraintes telles que la capacité de l’équipement et de l’usine doivent être prises en compte.
- Les processus de production dans lesquels des centaines de composants doivent être assemblés lors de la fabrication du produit.
- Processus de production avec des calendriers changeants qui n’ont pas été prévus au début du processus.
Le succès des systèmes de planification de la production a également conduit à la création de centaines d’entreprises proposant des solutions et des services APS pour faciliter les activités complexes de planification . D’autres solutions dérivées, telles que les applications de gestion des relations avec la clientèle et les solutions de planification des ressources de l’entreprise, ont également été développées en raison du succès des systèmes de planification de la production.
Comme la plupart des grandes avancées technologiques, les solutions traditionnelles de planification des produits ont commencé à rencontrer des situations plus complexes qu’elles ne pouvaient gérer en raison de l’évolution du paysage manufacturier. Ces changements sont à la fois technologiques et conceptuels. Sur le plan technologique, l’avènement de l’Internet industriel des objets, des équipements de fabrication intelligents et de l’automatisation ont constitué des changements auxquels les logiciels de planification traditionnels ne pouvaient pas faire face. Quant aux changements conceptuels, ils comprennent la nécessité de prendre en compte toutes les données produites dans l’atelier, d’effectuer des analyses prédictives , de gérer les perturbations en temps réel et de relever les défis de la cybersécurité, entre autres . Ces changements ont limité l’efficacité des logiciels de planification de la production de diverses manières qui seront examinées plus en détail.
Les limites des solutions d’ordonnancement de la production
Les limites des outils de planification de la production ( ) sont toutes dues à la complexité croissante ( ) des installations industrielles et de fabrication d’aujourd’hui, ainsi qu’à la demande ( ) d’une meilleure compréhension de la part des entreprises. Ces limites sont les suivantes :
Défis en matière de flexibilité
Les processus en constante évolution des installations de fabrication modernes et l’introduction de nouveaux équipements et processus dans l’atelier doivent être intégrés dans un système d’ordonnancement fonctionnel. La capacité des outils de planification de la production traditionnels à s’adapter à ces changements est limitée, ce qui signifie que le calendrier qu’ils produisent sera faussé.
Défis liés à l’intégration des événements en temps réel
Les effets des temps d’arrêt dans les usines et les installations industrielles ont été mis en évidence dans des centaines de rapports. Les temps d’arrêt peuvent être causés par toute une série de problèmes mais, dans le cadre de la planification de la production, une machine qui tombe en panne dans un atelier est le scénario parfait. Les outils de planification de la production auront du mal à prédire cet événement ou même à le prendre en compte pour reprogrammer les événements en temps réel.
Bien que les outils de planification de la production puissent créer des programmes qui tiennent compte de l’équipement défectueux, ils utilisent des données approximatives. Cela signifie que le programme qu’ils produisent est statique par nature et ne prend pas en considération les données en temps réel telles que l’emplacement de la machine, la production à son poste de travail , etc.
Nécessite de nombreux ajustements
Cette contrainte fait suite aux difficultés rencontrées par les outils de planification de la production pour intégrer les événements en temps réel. Pour éviter de détruire les systèmes , l’intégrateur doit créer plusieurs algorithmes personnalisés pour différents scénarios. Cela signifie que l’outil de planification de la production prend ces algorithmes et tente de les appliquer à un nouveau problème au sein d’une installation. Pour ce faire, de multiples ajustements doivent être apportés à l’ajustement initial, ce qui va à l’encontre de la capacité de créer une nouvelle programmation en temps réel. Selon Oracle, ce défi signifie que les outils traditionnels de planification des produits auront du mal à trouver de bonnes solutions aux problèmes de planification, même lorsqu’ils existent.
Avec ces limitations, un nouveau processus de gestion précise des tâches de planification de la production était nécessaire. C’est ainsi que l’on est passé des solutions traditionnelles d’ordonnancement de la production à l’ordonnancement basé sur la simulation. La planification basée sur la simulation implique l’imitation du fonctionnement d’un processus réel dans le temps à l’aide d’un modèle numérique . Le processus consiste à construire un modèle de simulation du processus physique et à alimenter le modèle avec les événements et processus détaillés qui se produisent dans le monde réel. Le modèle de simulation peut ensuite être exécuté pour produire un programme de production optimisé.
L’impact de la planification basée sur la simulation
Il est important de noter que la programmation basée sur la simulation peut être gérée de deux façons . Il s’agit d’une simulation d’événements discrets et d’un processus de simulation continue . La simulation d’événements discrets modélise le fonctionnement d’une usine ou d’une installation industrielle comme une séquence discrète d’événements qui se produisent dans le temps. Dans ce modèle, les événements se produisent à un moment donné et enregistrent le changement d’état de l’installation.
D’autre part, les modèles de simulation continue suivent en permanence les événements et les changements qu’ils produisent dans l’installation. Les modèles de simulation d’événements discrets et de simulation continue permettent à la planification de la production d’atteindre des sommets que les outils traditionnels de planification de la production ne peuvent pas atteindre. Ce changement de paradigme a rendu la planification de la production en temps réel plus précise et plus flexible pour faire face aux changements qui se produisent dans les installations modernes.
Comme l’a indiqué précédemment, l’introduction d’outils de planification de la production a conduit au développement d’autres solutions technologiques complémentaires et c’est également le cas pour la planification basée sur la simulation. L’un de ces concepts est celui des solutions de jumeaux numériques basées sur la simulation . Le jumeau numérique implique la reproduction d’objets physiques pour créer un modèle virtuel à l’aide d’outils d’ingénierie basés sur la simulation.
La capacité de créer des jumeaux numériques de chaque installation et de chaque processus industriel permet également d’atteindre de nouveaux sommets en matière de planification basée sur la simulation. La création de miroirs virtuels de systèmes ou installations en temps réel et la simulation du processus complexe qui se produit dans ces installations permettent de créer un calendrier beaucoup plus précis que les outils traditionnels de planification de la production .
Dans le cas de la gestion des temps d’arrêt, les environnements de jumeaux numériques basés sur la simulation peuvent collecter des données à partir de capteurs du monde réel et les utiliser pour prédire le comportement de l’actif – l’équipement de fabrication. Cela permet au processus de programmation de tenir compte des équipements défectueux et de reprogrammer rapidement le processus de production autour de l’équipement défectueux. En outre, les outils de planification basés sur la simulation peuvent gérer les scénarios de simulation mieux que les autres solutions. Ils permettent aux équipes opérationnelles de simuler les défis possibles et de créer des calendriers optimisés qui tiennent compte de ces contraintes.
Un exemple de la façon dont la planification basée sur la simulation et la technologie du jumeau numérique a été utilisée pour développer des plannings plus efficaces. C’est le cas de CKE Restaurants. Ici, un jumeau numérique des installations du restaurant a permis de créer des calendriers de mise en œuvre, des calendriers d’approvisionnement et de livraison dans ses cuisines. Le résultat final a été un processus de production et de service plus efficace grâce à des solutions d’ordonnancement et de jumeaux numériques basées sur la simulation .
Comment l’ordonnancement basé sur la simulation traverse diverses industries
Les outils traditionnels de planification de la production ( ) ont été conçus et développés principalement pour être utilisés dans des environnements de fabrication ( ) et cela reste leur principal domaine d’application. Contrairement à la planification de la production , la planification basée sur la simulation peut être intégrée dans n’importe quel processus industriel pour produire des plannings précis.
Une fois de plus , son affinité avec la technologie du jumeau numérique rend cela possible. C’est parce qu’avec la technologie du jumeau numérique, chaque processus et chaque actif dans un environnement industriel peut être modélisé et introduit dans un environnement numérique. L’intégration de logiciels de simulation dans cet environnement numérique permet alors de simuler le processus industriel et de créer des calendriers. La planification basée sur la simulation peut être utilisée dans l’industrie des soins de santé, les installations pharmaceutiques, les chantiers navals, les ports et dans toutes les installations où un processus peut être modélisé et cartographié.
L’essor des installations et processus de fabrication de l’industrie 4.0, où les données sont reines , offre une autre voie de prospérité à la planification basée sur la simulation. Les usines intelligentes sont gérées par des machines et des dispositifs dotés de capteurs, de systèmes intégrés, et de solutions système sur modules. Cela permet d’évaluer les données provenant de chaque actif et processus d’une installation.
Les logiciels de planification basés sur la simulation peuvent exploiter les données collectées dans les installations conformes à l’industrie 4.0 – pour créer des plannings en temps réel. Les simulations informatiques des plannings peuvent également être réalisées en temps réel avec une précision accrue grâce à la disponibilité généralisée des données dans les installations qui intègrent l’industrie 4.0.
L’ordonnancement basé sur la simulation et le chemin à parcourir
Le changement de paradigme des solutions d’ordonnancement de la production vers l’ordonnancement basé sur la simulation est toujours en cours. Cela est dû aux technologies émergentes qui complètent et améliorent l’utilisation des logiciels de planification basés sur la simulation . Il s’agit par exemple de l’essor de l’informatique en nuage et de ordinateurs à haute performance (HPC). Ces technologies permettent de créer des modèles de systèmes très complexes, tels que des installations ou des processus comportant des milliers de variables, tout en produisant des planifications précises.
La combinaison de ces processus technologiques améliorera la planification en temps réel et la replanification telles que nous les connaissons. Comme les logiciels de planification basés sur la simulation s’appuient sur le cloud et les HPC, des simulations complexes peuvent être effectuées en quelques microsecondes, ce qui permet d’obtenir des résultats précis en temps réel qui améliorent la productivité dans les industries. C’est ainsi que achève le changement de paradigme qui consiste à passer d’une planification manuelle et basée sur les contraintes à une ère de planification en temps réel réactive.