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ULgSéminaire de Gestion

Deux cas d’application de la R.O. en gestion de production:

Planification de production à court terme (GSK),Optimisation des recettes de fabrication (Arcelor)

Yves Pochet, UCL et n-SideLiège, 30 mars 2004

Plan

• n-Side: spin-off UCL

• Planification de la production à court terme chez GSK

• Optimisation des recettes de fabrication chez Arcelor

n-Side, Spin-Off UCL

KNOW HOW APPLICATION

UniversitéUCL

CORE

enterprise

Challenges intellectuels

Professeurs Partenaires

Applications pratiquesProgrammes de recherche

Solutions sur mesure / rapidesExcellence scientifique

n-Side, spin-off UCL

• Consultance en « Modélisation et Optimisation » • Applications en

« Supply Chain Management »

– Rôle de conseil: alignement entre solutions d’aide à la gestion et politiques et stratégies logistiques

dans le contexte Supply Chain Planning Matrix

– Développement de solutions sur mesure.

– Intégration des solutions dans les sytèmes d’information(SAP/R3, SAP/APO, système local)

Supply Chain Planning Matrix

• lotsizing• machine scheduling• shop floor control

salesdistributionproductionprocurement

long-term

mid-term

short-term

• materials program • supplier selection• cooperations

• plant location• production system

• physical distribution structure

• product program • strategic sales planning

• personnel planning• material requirements planning• contracts

• personnel planning• ordering materials

• master production scheduling• capacity planning

flow of goods

• distribution planning

• warehouse replenishment• transport planning

• mid-term sales planning

• short-term sales planning

information flows

Source: Fleischmann & Meyr

Approche sur mesure

PREPARATION

MODELISATION – OPTIMISATION – IMPLEMENTATION

POST

PARTENARIAT - COMMUNICATION

- Compréhension du contexte- Définition des objectifs et de la mission

- Coaching/Formation- Indicateurs clefs (KPI)- Maintenance

n-Side Business solutions

Systèmes d’aide à la décision

Planification et Gestion des Flux de production

Modèles technico-économiques: Intégration

«Achats – Exploitation»

Gestion de projetsR&D : Allocation de ressources

HR : Horaires

n-Side Business solutions (2)

Conseil et Etudes Stratégiques

Un modèle d’optimisation pour la planification des

lyophilisations

GSK : GlaxoSmithKline

Le menu

Le processus de production Le problème posé Notre solution Les entités du modèle Les points forts de la solution L’application

Bulk

Matching

FillingFormulation

Raw Mat

Packaging

Raw Mat

Lyo

Raw Mat

BulkStock

Sem-FinStock

Raw Mat

Processus de production

Flacons3 ml

Flacons 9 ml

Lyo ...Lyo 2Lyo 1

Lignes de Remplissage

(continu)

Lyophilisation (batch)

Processus de production

Le problème posé

t

Produit C

Maintenance

Produit B

Produit A

Produit D

L1

L2

L3

Le problème posé

t

L1

L2

L3

Produit A : demande doit être satisfaite.

Produit B : demande doit être satisfaite.

Produit C : prioritaire.

Produit D : demande ne doit pas nécessairement être satisfaite.

Matière première arrive en semaine 2.

+ Capacité de production, nombre d’équipes, nombre de démarrages,…

Le problème posé

t

L1

L2

L3

Développer un Système d’Ordonnancement

•à l’interface entre les Planificateurs (demande) et les Producteurs

•capable de Maximiser la productivité jointe du Remplissage (continu) et de la Lyo (batch)

•tout en satisfaisant les contraintes de production.

Produit D

Le problème posé

t

L1

L2

L3

Produit A

Produit B

Produit C

demande non satisfaite

Dans notre exemple:

• 3 machines

•20 jours

•3 démarrages possible par jour par machine

•4 produits

Il y a plus au moins

2720 solutions possibles

Cela prend (1/1024 secs)

8 x 10205 années

Le problème posé

t

•Un modèle construit en partenariat (nS / Planificateurs / Producteurs)

•et une solution « taylor made » MIP (mixed-integer programming) pour optimiser la production jointe

MAX nombre de flacons produits t.q. demande satisf.

L1

L2

L3

week 1 week 2 week 3 week 4

Notre Approche

t

• Modèle en temps discret (par jour)

• Modèle de type Unit Flow par machine (formulation des états des machines et des transitions entre états)

• Méthode de résolution de type « branch-and-cut »

• Logiciels standards d’optimisation MIPL1

L2

L3

week 1 week 2 week 3 week 4

Notre Approche

Optimisation

Résultats

Notre solution

Données

ParamètresModèle

Excel R.O.

Recette par jour

Entretiens

Charge Minimale

Capacité

Week-ends

démarrages par jour

Lyos Equipes

Les entités du modèle

Produits Demande Calendrier

Modalités autorisées

Nettoyage

Ligne de remplissage

Taille

Durée lyophilisation

Recette

Par semaine

Pénalité

Priorité

Type

Maximum

Quantité

Production forcée

Maintenance

Formations

Congés

Arrêts

Fonction critère

Modélisation détaillée de la durée et démarrage du processus

Les points forts de la solution

Optimal par rapport au critère défini

Confrontation des objectifs de planification et production

Produits

Demande

Calendrier

Exécution

La solution « stand alone »

Un outil flexible d’ordonnancement adapté au système d’information actuel

Avec interface graphique

Un modèle d’optimisation des recettes de fabrication

de coke – fonte – acier

Arcelor

Le menu

Arcelor Le processus de production Le problème posé Notre solution Les entités du modèle Les points forts de la solution L’application

1999 : Alliance Usinor - Groupe Cockerill Sambre2002 : constitution d'Arcelor

Groupe Usinor

Groupe Usinor

Sollac Usinor CS + EKO Stahl Arbed Aceralia

1999

1997

2002

Source: R. Keutgen (Arcelor)

Le secteur "Aciers Plats Carbone" Les Unités Opérationnelles européennes

UO Nord: Sidmar, Brême, EKO Stahl

UO Sud: Fos, Gijon, Avilès

UO Wallonie: Cockerill Sambre

UO Centre: Dunkerke, Florange


UO WallonieImplantations géographiques à Liège

ChertalChertal

RametRamet

FlémalleFlémalle

KessalesKessales

SeraingSeraing

OugréeOugrée

TilleurTilleur

2 km2 km 4 km4 km 4 km4 km 20 km20 km

Meuse

Canal

LiègeLiège

29 km29 km

MarchinMarchin

Ligne à Chaud

Ligne à Froid


Le processus : la ligne à chaud

L ’amont : Approvisionnements Charbons et Minerais

Ligne à chaud de Liège : outils et flux matières

- Ougrée et Seraing

- Vers Chertal

- Chertal


Approvisionnements Charbons

Origines

Ports d ’entrée

Australie68%

USA24%

(Autres)8%

Liège

NaviresMax 160kT

Anvers69%

Rotterdam25%

Capacité Max Réception Navire : 130KT « Illimitée »

Capacité Max Embarquement : 160KT

(Autres)6%

Seraing

1.5 MT/an 1 MT Cokerie

0.5 MTInjections HFX

Capacité Manutention débarquement : 3.6KT/jour - Pas de Stock

SOMEF

Barges 2.5kT

80%Fer20%

(Arcelor (C-S, S-L), Carsid, ATIC)


Approvisionnements Minerais

Origines

Ports d ’entrée

Brésil82%

Mauritanie17%

(Autres)1%

Liège

NaviresMax 260kT

Anvers24%

Rotterdam75%

Capacité Max Réception Navire : 130KT « Illimitée »

Capacité Max Embarquement : 260KT 130KT

(Autres)1%

Ougrée

4.5 MT/an 4.2 MT Agglomération

0.3 MTHFX

Capacité Manutention débarquement : 14KT/jour - Stock 70kT (7 loges)

SOMEF

Barges 3kT 94%Fer6%

(Arcelor : C-S, S-L, EKO)


Ligne à chaud de Liège : Ougrée - Seraing

0.8 MT

4.7 MT

2.7 MT

Ougrée - Seraing

Hauts-fourneaux

Charbon

Minerais

Castine

Coke

Aggloméré

Fonte

Cokerie

Seraing

Ougrée

Agglomération

B 6

HFB

MEUSE

AGGLOMinerais

Coke

Aggloméré

Ougrée


Ligne à chaud de Liège : Chertal

Ferrailles

2.6 MT2.4 MT

Chertal

Coulées continuesbrames

Acierliquide

BramesCoils

Chertal

Aciérie

Train à larges bandes

Chertal

2.7 MT

Fonte

ACIERIE

TLB

MEUSE

CANAL

Chertal


Le problème posé par Arcelor

1) Constat :

Chaque usine optimise le coût de fabrication de son demi-produit : Coke, Aggloméré, Fonte, Brames

2) Objectif :

Minimiser le prix de revient de la brame par un choix optimum des enfournements charbon et minerais

3) Contraintes :

- Respecter les points de fonctionnement de chaque installation : Cokerie, Agglomération, Hauts-fourneaux, Aciérie

- Intégrer le schéma des flux physiques

4) Utilisabilité :

- Mise à jour des DB matières premières

- Adaptable en fonction de l’évolution du schéma industriel

MODELES TECHNICO-ECONOMIQUES D’OPTIMISATION DE PRIX DE REVIENT(modélisation formulation

validation implémentation)

a. COKEb. FONTEc. ACIERd. INTEGRATION COK-FON-ACI

GAINS (simulations)

LOGICIELS STANDARDS D’OPTIMISATION NON-LINEAIRE (AMPL-CONOPT)

Notre Approche/Solution

COKERIE

Modèle technico-économique

COKE

CHARBONS

Contraintes techniques

Contraintes de type « achat »

Entités: Optimisation COKE

COKE HAUTS FOURNEAUX


FONTE

COKESEXT.

MINERAISContraintes de type « achat »


Entités: Optimisation FONTE

CARNET DE COMMANDE

FONTE ACIERIE


ACIERS

FERRAILLESFERRO-

ALLIAGES

Contraintes de type « achat »


Aspect logistique

Entités: Optimisation ACIER

•Bilans matières•Bilans énergétiques •Transformations chimiques•Rendements, Pertes, …

•Coûts : enfournements (var.)transformations (fix.)

•Contraintes techniques : compositionsindices mécaniquesindices chimiques …

•Contraintes achats : disponibilitéspréférencescons. min.…

Entités: Modèles technico-économiques

COKERIE


HAUTS FOURNEAUX


ACIERIE


Flexibilité : « calage » sur un point de fonctionnement paramétrable

NONLINEAIRE

ACIERIE


Entités: Etablissement des modèles

HAUTS FOURNEAUX


X

Y

Z

Autres modèles spécifiques

Connaissances des hommes du terrain

Travaux universitaires

COKERIE

Modèle technico-économiqueDonnées expérimentales

3.35 MT487 M€145 €/T

3.35 MT470 M€140 €/T

- 5 €/T- 3.5 %

Gains théoriques (Simulations)

Solutionsinitiales

0.8 MT84 M€

Optimisationsséparées

0.8 MT75 M€

= - 9M€ (10%)

COK COKE

CHB

3.14 MT322 M€

3.14 MT315 M€

= -7M€ (2%)

HF FONTE

COKEXT

MIN

3.35 MT81 M€

3.35 MT80 M€

= -1M€ (1%)

ACI ACIERS

FRLFERALG

- 2 €/T- 1.5 %

100.3 €/T

100.7 €/T

Intégration – Gain supplémentaire (Simulation)

Optimisationintégrée

0.8 MT76 M€

3.05 MT307 M€

3.35 MT81 M€

3.35 MT464 M€138 €/T

Optimisationsséparées

0.8 MT75 M€

COK COKE

CHB

3.14 MT315 M€

HF FONTE

COKEXT

MIN

3.35 MT80 M€

3.35 MT470 M€140 €/T

ACI ACIERS

FRLFERALG

Coke plus pur

Fonte plus pure

Plus de ferraillesMoins de fonte

• Optimisation du prix de revient de l’acier par intégration des aspects économiques et techniques

• Intégration de plusieurs entités (usines) d’une filière

• Simulation de scenarii • Réajustement opérationnel• Outil de négociation avec les fournisseurs• Transmission de la connaissance• Développement de la communication inter sites

Les points forts de la solution

Application

Merci pour votre invitation et

pour votre attention

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Documents