Contrôle de la production et de la maintenance des systèmes industriels non fiables pour les produits périssables

Kaddachi, Raouia (2021). Contrôle de la production et de la maintenance des systèmes industriels non fiables pour les produits périssables. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire vise à traiter le problème relatif à la commande optimale. Il fait rapport à un système manufacturier non fiable et complexe. D’une part, le système de production étudié est sujet à des temps de pannes et réparations aléatoires. D’autre part, la famille de produits fabriqués est de nature périssable possédant une durée de vie limitée et aléatoire.

Ce projet porte alors sur la détermination des politiques de commande de production et de la maintenance pour les produits périssables. Il s’agit de développer des politiques de commande qui intègrent les différents aspects du système tout en optimisant ses paramètres. En premier lieu, compte tenu de l'équilibre important qui doit avoir lieu entre les coûts de rupture de stock d’une part et les coûts de possession et de rejet du stock d’autre part, l’objectif est de proposer une politique de commande de production appropriée qui minimise le coût total en respectant la contrainte de la satisfaction de la demande. En plus, les durées de vie des produits périssables prises dans les modèles étudiés sont considérées à la fois fixes et aléatoires. Ce type d'hypothèses est considéré consistant, car il permettra d'examiner plusieurs cas de systèmes industriels et de voir l’effet de la variabilité de la durée de vie sur le comportement du système. En outre, les systèmes manufacturiers font face à plusieurs facteurs qui peuvent engendrer la détérioration des machines et l’augmentation des taux de pannes. Dans ce contexte, ils visent à maximiser leurs disponibilités et minimiser l’occurrence des pannes en exécutant des interventions de maintenance préventive. Cette tâche devient plus critique si la détérioration de la machine a un impact sur la durée de vie des produits fabriqués. L’objectif est alors de développer une politique de contrôle de la maintenance qui tient compte de toutes les interactions qui peuvent exister dans le système.

D’une part, la première partie de ce mémoire porte sur la détermination d’une politique de commande de production optimale spécifique aux systèmes manufacturiers non fiables produisant des produits périssables ayant des durées de vies aléatoires. D’autre part, les stratégies de la maintenance préventive sont introduites dans la deuxième partie pour étudier comment mieux synchroniser les activités de production et les interventions de maintenance afin d’améliorer la disponibilité de la machine tout en intégrant la nature des produits périssables. Dans cette deuxième partie, nous nous intéressons à étudier l’effet de la dégradation de la machine sur la durée de vie des produits et comment cette relation peut influencer la politique combinée de maintenance et de production.

Afin de résoudre les problèmes considérés, nous présentons tout d'abord une solution analytique qui sert à déterminer une politique de commande de la production pour un système manufacturier non fiable sujet aux pannes. Les conditions d'optimalité sous la forme d'équations de Hamilton – Jacobi – Bellman (HJB) sont développées. Ensuite, en résolvant numériquement les équations HJB, la politique de production est établie. Par la suite, en raison de la complexité du système traité et des limites des modèles analytiques, nous adoptons une approche expérimentale basée sur la simulation comme outil d’optimisation des paramètres de décision. Cette dernière intègre la méthodologie de surface de réponse, les plans d’expérience et les analyses de sensibilité. Des exemples numériques des modèles développés ont été établis pour évaluer la performance du système et confirmer la robustesse et la pertinence de l’approche utilisée. Cette approche expérimentale est aussi adaptée dans la deuxième partie du mémoire pour optimiser les paramètres de la politique combinée de maintenance et de production.

Titre traduit

Production and maintenance control of failure-prone manufacturing systems for perishable products

Résumé traduit

The work presented in this thesis deals with problems related to optimal control. It studies an unreliable and complex manufacturing system. On one hand, the studied production system is subject to random failure and repair times. On the other hand, the family of products manufactured is of a perishable nature with a limited and random shelf life.

This project focuses on the design and the optimization of production and maintenance control policies for perishable products. It aims to develop control policies that integrate the different aspects of the system while optimizing its parameters. First taking into account the important balance that must take place between the costs of backlog on the one hand and the costs of disposal on the other hand, the objective is to conduct an appropriate production control policy that minimizes the total cost while respecting the constraint of meeting demand. In addition, the shelf life of perishable products considered in the developed models is both fixed and random. This is considered consistent because it will allow to examine several cases of industrial systems and to see the effect of shelf life variability on the behavior of the system. Moreover, manufacturing systems face several factors that can lead to machine deterioration and increased failure rates. As a result, they aim to maximize their availability and minimize the occurrence of breakdowns by performing preventive maintenance interventions. This task becomes more critical if the deterioration of the machine has an impact on the shelf life of the manufactured products. The objective is then to develop a maintenance control policy that takes into account all the interactions that may exist in the system.

On the one hand, the first part of this thesis deals with determining an optimal production control policy specific to unreliable manufacturing systems producing perishable products with random shelf lives. On the other hand, preventive maintenance control policies are introduced in the second part to study how to integrate production activities and maintenance interventions in order to improve machine availability while considering the nature of perishable products. In this second part, we are interested in studying the effect of machine degradation on the product’s shelf life and how this relationship can influence the joint maintenance and production control policy.

In order to solve the considered problems, we first adopt an analytical solution in order to develop a parameterized production control policy for an unreliable manufacturing system prone to random failure and repair times. The optimality conditions in the form of Hamilton - Jacobi - Bellman equations (HJB) are developed. Then, by numerically solving the HJB equations, the production policy is established. Subsequently, due to the complexity of the system under consideration and the limitations of the analytical models, we adopt an experimental approach based on simulation as a tool for optimizing decision parameters. The latter integrates the response surface methodology, experimental design and sensitivity analysis. Numerical examples of the models developed were established to assess the performance of the system and confirm the robustness of the used approach. This experimental approach is also adapted in the second part of the thesis to optimize the combined maintenance and production policy.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maitrise en génie de la production automatisée". Comprend des références bibliographiques (pages 125-137).
Mots-clés libres:	systèmes manufacturiers non fiables, produits périssables, planification de la production, maintenance préventive, simulation, politique de commande, dégradation de la machine, méthodologie de surface de réponse
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Gharbi, Ali
Codirecteur:	Codirecteur Kenné, Jean-Pierre
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	10 janv. 2022 19:34
Dernière modification:	10 janv. 2022 19:34
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2824

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