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 à l'élaboration de processus de gestion scientifique par des personnalités légendaires telles que Henry Gantt. Dans les années 1800, des tableaux et des techniques manuelles de collecte de données ont été introduits pour gérer les problèmes de planification de la production. Bien que ces solutions aient parfaitement fonctionné avec les équipements industriels 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 allouées de manière optimale pour répondre à la demande. Avec le temps, cette définition a été actualisée 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, appelés affectueusement solutions APS, tenaient compte des matériaux disponibles pour un cycle de production, de la main-d'œuvre disponible et de la capacité de production. Les systèmes APS géraient avec succès l'ordonnancement de processus de production complexes en appliquant une approche de l'ordonnancement basée sur les contraintes. Ainsi, ces outils ont permis de créer des plannings pour
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 de planification complexes. D'autres solutions dérivées, telles que les applications de gestion de la relation client 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 c'est le cas pour la plupart des grandes avancées technologiques, les solutions traditionnelles de planification de la production ont commencé à être confrontées à des situations plus complexes qu'elles ne pouvaient gérer en raison de l'évolution du paysage industriel. Ces changements sont de nature à la fois technologique et conceptuelle. 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 incluent 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 outils de planification de la production sont toutes dues à la complexité accrue 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
Les processus en constante évolution des installations de production modernes et l'introduction de nouveaux équipements et processus dans l'atelier doivent être intégrés dans un système de planification fonctionnel. La capacité des outils traditionnels de planification de la production à s'adapter à ces changements est limitée, ce qui signifie que le programme qu'ils produisent sera faussé.
Les effets des temps d'arrêt dans les installations industrielles et de fabrication ont été mis en évidence dans des centaines de rapports. Les temps d'arrêt peuvent être causés par une variété de problèmes, mais pour le sujet 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 prévoir 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 des équipements défectueux, ils utilisent des données approximatives. Cela signifie que les programmes qu'ils produisent sont statiques par nature et ne prennent pas en compte les données en temps réel telles que l'emplacement de la machine, la production à son poste de travail, etc.
Cette contrainte fait suite aux difficultés rencontrées par les outils de planification de la production pour intégrer les événements en temps réel. Pour éviter les pannes, l'intégrateur de systèmes doit créer de multiples 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 annule la possibilité 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.
Compte tenu de ces limites, un nouveau processus était nécessaire pour gérer avec précision les tâches de planification de la production. C'est ainsi que l'on est passé des solutions traditionnelles d'ordonnancement de la production à l'ordonnancement basé sur la simulation. L'ordonnancement par simulation consiste à imiter le fonctionnement d'un processus réel dans le temps à l'aide d'un modèle numérique. Il s'agit de construire un modèle de simulation du processus physique et de l'alimenter 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.
Il est important de noter que la planification basée sur la simulation peut être traitée de deux manières. Il s'agit d'une simulation d'événements discrets et d'un processus de simulation continu. La simulation d'événements discrets modélise le fonctionnement d'une installation industrielle ou de fabrication 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.
En revanche, 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 amènent la planification de la production à des niveaux 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 indiqué précédemment, l'introduction d'outils de planification de la production a conduit au développement d'autres solutions technologiques complémentaires, ce qui 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 consiste à reproduire des objets physiques pour créer un modèle virtuel à l'aide d'outils d'ingénierie basés sur la simulation.
La possibilité de créer des jumeaux numériques de chaque installation et de chaque processus industriel permet également à la planification basée sur la simulation d'atteindre de nouveaux sommets. La création de miroirs virtuels de systèmes ou d'installations en temps réel et la simulation des processus complexes qui s'y déroulent 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 réels et les utiliser pour prédire le comportement des actifs (équipements 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 permettent de 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 des jumeaux numériques ont été utilisées pour développer des plannings plus efficaces est celui de CKE Restaurants. C'est le cas de CKE Restaurants. Dans ce cas, un jumeau numérique des installations du restaurant a permis de créer des calendriers de mise en œuvre, d'approvisionnement et de livraison dans ses cuisines. Le résultat final a été un processus de production et de service plus efficace grâce à la planification basée sur la simulation et aux solutions de jumeaux numériques.
Les outils traditionnels de planification de la production ont été conçus et développés principalement pour être utilisés dans le secteur de la fabrication, qui reste son 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, c'est son affinité avec la technologie du jumeau numérique qui rend cela possible. En effet, avec la technologie du jumeau numérique, chaque processus et chaque actif d'un site industriel peut être modélisé et intégré dans un environnement numérique. L'intégration d'un logiciel de simulation dans cet environnement numérique permet alors de simuler le processus industriel et de créer des plannings. 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 chaque installation 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. Il est ainsi possible d'évaluer les données de chaque actif et de chaque 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.
Les changements de paradigme des solutions d'ordonnancement de la production vers l'ordonnancement basé sur la simulation est encore très largement un voyage en cours. Cela est dû aux technologies émergentes qui complètent et améliorent l'utilisation des logiciels de planification basés sur la simulation. L'essor de l'informatique en nuage et des ordinateurs à haute performance (HPC) en sont des exemples. 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 programmation et la reprogrammation en temps réel 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 réalisées en quelques microsecondes, fournissant ainsi des résultats précis en temps réel qui améliorent la productivité dans les industries. Le passage d'une planification manuelle et basée sur les contraintes à une ère de planification en temps réel et réactive est ainsi achevé.