Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons conçu une plateforme de simulation permettant l’évaluation comparative de stratégies de pilotage pour la production de bois d’œuvre dans les scieries nord-américaines. Dans notre contexte, une stratégie de pilotage est composée de plusieurs paramètres tels que le choix des politiques d’acceptation des commandes, permettant d’accepter ou de refuser une commande en fonction de règles mises en place, le choix des modèles et algorithmes de planification utilisés à chaque étape de la production de bois d’œuvre, le choix du modèle au niveau tactique, les mécanismes de coordination utilisés, permettant de mieux coordonner les opérations de plusieurs entités distinctes ou de plusieurs niveaux de planification ; on parle notamment d’échange d’informations circulant entre les niveaux de planification tactique et opérationnel ou encore entre les entités/modèles utilisés au niveau opérationnel pour planifier la production de bois d’œuvre. Lors de la planification des opérations, les industriels doivent mettre en place ces stratégies de pilotage. Aujourd’hui, il est extrêmement compliqué de savoir quelle stratégie de pilotage mettre en place en fonction de son propre contexte de marché et de ses paramètres de production. L’objectif général est donc est de permettre d’évaluer et comparer des stratégies de pilotage aux niveaux tactique et opérationnel pour la production de bois d’œuvre, tout en tenant compte du contexte de marché de l’entreprise ainsi que de ses paramètres de production. Pour atteindre cet objectif, nous l’avons divisé en quatre objectifs spécifiques qui ont donnés lieu à trois publications. Pour notre premier objectif spécifique, nous avons développé un modèle de simulation permettant de représenter la génération, l’acceptation et la vente d’une commande pour une entreprise de sciage. Un module de planification de la production a également été couplé et est responsable de la gestion des stocks et de la génération des plans de production. Pour notre deuxième objectif spécifique, nous avons utilisons ce modèle de simulation pour pouvoir évaluer l’impact de politiques d’acceptation des commandes (telles que Availableto-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) ou encore On-Stock) sur les performances de l’entreprise en termes de volume de commandes acceptées dans un environnement à flux de produits divergent avec co-production. Bien que ces politiques d’acceptation des commandes aient été largement étudiées dans un contexte manufacturier traditionnel, le choix d’une politique plutôt qu’une autre est loin d’être trivial dans un tel contexte de divergence de flux physique. Nous montrons dans cette première contribution que dans ce type de contexte, le choix d’une politique d’acceptation de commande plutôt qu’une autre dépend fortement du marché et impacte fortement les performances de l’entreprise, en termes de commandes acceptées et de stock moyen annuel. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un premier article. Pour notre troisième objectif spécifique, nous avons évalué des mécanismes de coordination mis en place au niveau opérationnel entre les différentes activités du processus de transformation de bois d’œuvre, qui est un processus décentralisé. La précédente plateforme de simulation a donc été adaptée et des mécanismes de coordination déjà publiés tels que « Twophases planning », ou « bottleneck-first planning » y sont évalués en utilisant un horizon roulant dans un environnement où les commandes sont générées dynamiquement. Nous montrons que les mécanismes de coordination déjà publiés et testés dans un environnement statique performent mal dans un environnement dynamique. Nous proposons donc un autre mécanisme de coordination « hybride flux poussé / flux tiré » exploitant le concept de point de découplage. Ce mécanisme s’avère meilleur que les précédents en permettant un plus grand nombre de ventes, ainsi qu’une réduction des stock moyens. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un deuxième article. Enfin, pour notre quatrième objectif spécifique, nous nous intéressons à la planification de la production aux niveaux tactique et opérationnel. Nous utilisons le modèle de simulation pour comparer et évaluer l’impact de différents types d’informations transmises du niveau tactique au niveau opérationnel. Le niveau de planification tactique est alors pris en compte pour établir une planification à plus long terme. Nous montrons que le choix du type d’informations à transmettre du niveau tactique au niveau opérationnel varie selon plusieurs facteurs, tels que : la politique d’acceptation des commandes (ATP, CTP) utilisée par l’entreprise, l’ampleur de la saisonnalité des prix de vente, ou le fait d’être ou non dans un marché en surcapacité. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un troisième article. / In this thesis, we designed a simulation platform to compare and evaluate production planning and order management strategies for lumber production in North American sawmills. In our context, a strategy is composed of several parameters such as the choice of order acceptance policies, allowing to accept or refuse an order based on implemented rules, the choice of planning models and algorithms used at each stage of timber production, the choice of model at the tactical level, the coordination mechanisms used, to better coordinate the operations of several distinct entities or of several planning levels; this includes the exchange of information between tactical and operational planning levels or between entities / models used at the operational level to plan timber production. Today, it is extremely difficult for a company to know which management strategy to put in place. The general objective is then to evaluate and compare tactical and operational planning strategies for timber production, taking into account the company's market context and its production parameters. To achieve this goal, we divided it into four specific objectives that resulted in three publications. In the first specific objective, we developed a simulation model to represent the generation, acceptance and sale of an order for a sawmill. We coupled a production planning module to this simulation model that is responsible for inventory management and the generation of production plans. In a second objective, we use this simulation model to be able to evaluate the impact of order acceptance policies such as Available-to-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) and Stock policies on the company’s performance in terms of volume of accepted orders in a product flow environment diverge with co-production. Although these order acceptance policies have been widely studied in a traditional manufacturing context, the choice of one policy over another is far from being trivial in such a context of divergence flow. We show that in this type of context, the choice of an order acceptance policy rather than another depends strongly on the market and impacts the performance of the company, in terms of accepted orders and average annual inventory. This specific objective leads to the first publication. In a third specific objective, we evaluated coordination mechanisms used at the operational level between the different activities of the timber processing process, which is a decentralized process. The previous simulation platform has been adapted and previously published coordination mechanisms such as "Two-phase planning" or "bottleneck-first planning" are evaluated using a rolling horizon in an environment where orders are generated dynamically. We show that coordination mechanisms already published and tested in a static environment perform poorly in a dynamic environment. We therefore propose another "hybrid push / pull" coordination mechanism exploiting the decoupling point concept. This mechanism is better than the previous ones by allowing a greater number of sales, as well as a reduction in average inventory. This specific objective leads to a second publication. Finally, in a fourth specific objective, we are interested in production planning at the tactical and operational levels. We use the simulation model to compare and evaluate different information transmitted from the tactical level to the operational level by simulating the production system, the planning process and the market behavior. The tactical planning level is then taken into account to establish longer-term production planning. We show that the choice of the type of information to be transmitted from the tactical level to the operational level varies according to several factors, such as: the order acceptance policy (ATP, CTP) used by the company, the extent of seasonality selling prices, or whether or not being in an overcapacity market. This specific objective leads to third publication

L’évolution continue des environnements de production et l’augmentation des besoins des clients, demandent un processus de production plus rapide et efficace qui contrôle plusieurs paramètres en même temps. Nous nous sommes intéressés au développement de méthodes d’aide à la décision qui permettent d’améliorer l’ordonnancement de la production. L’entreprise partenaire (Norelem) fabrique des pièces de précision mécanique, il faut donc prendre en compte les différentes contraintes de ressources (humaines et d’outillage) existantes dans l’atelier de production.Nous avons abordé l’étude d’un atelier d’ordonnancement de type open shop ou chemin ouvert, où une tâche peut avoir de multiples séquences de production puisque l’ordre de fabrication n’est pas fixé et l’objectif à minimiser est le temps total de séjour. Des contraintes d’affectation de ressources humaines (multi-compétences) et de disponibilité d’outillage ont été prises en compte.Des modèles mathématiques linéaires et non-linéaires ont été développés pour décrire la problématique. Etant donné que les méthodes exactes sont limitées aux instances de petites tailles à cause des temps de calcul, des méthodes de résolution approchées ont été proposées et comparées. De plus, nous avons abordé l’optimisation multi-objectif en considérant trois objectifs, la minimisation du temps total de séjour et l’équilibrage de charge des ressources (humaines et machines).L’efficacité des méthodes est prouvée grâce à des tests sur des instances théoriques et l’application au cas réel / The continuous evolution of manufacturing environments and the growing of customer needings, leads to a faster and more efficient production process that controls an increasing number of parameters. This thesis is focused on the development of decision making methods in order to improve the production scheduling. The industrial partner (Norelem) produces standardized mechanical elements, so many different resource constraints (humans and tools) are presented in its workshop.We study an open shop scheduling problem where one job can follow multiple production sequences because there is no fixed production sequence and the objective function is to minimize the total flow time. In addition, multi-skilled personnel assignment and tool’s availability constraints are involved.Mathematical models: linear and non-linear formulations have been developed to describe the problem. Knowing the exact method limitations in terms of instance sizes because of the duration, heuristics methods have been proposed and compared. Besides that, the multi-objective optimization was exposed to deal with three objectives as total flow time minimization and workload balancing concerning both, humans and machines.The efficiency of these methods was proved by several theoretical instance tests and the application on the real industrial case

Cette recherche introduit un modèle de décision multiobjectif qui aide le gestionnaire de projets à allouer les ressources à son projet. Le modèle comporte trois axes de décision représentant les compromis à faire entre la durée du projet, le coût du projet et les quantités de ressources allouées. L'allocation des ressources est déterminée en considérant le coût de chaque ressource. Le modèle incorpore le processus d'assignation des ressources, une problématique typique de l'affectation des ressources en gestion projets, à celui de !'ordonnancement des activités. Pour le résoudre, il a fallu concevoir et expérimenter de nouveaux algorithmes. La recherche comporte trois volets où chacun des volets alimente le volet suivant. Le premier volet propose de nouvelles procédures pour minimiser la durée du projet sous contraintes de disponibilités variables de ressources, dans le cas de problèmes ayant des activités avec un seul mode de réalisation ou de problèmes ayant des activités avec plusieurs modes de réalisation. Ces procédures comprennent une nouvelle règle de priorité selon un schème que nous qualifions d'ensembliste et une adaptation de la méthode Tabou. Les résultats de l'expérimentation montrent l'efficacité de la nouvelle règle de priorité et de l'adaptation de la méthode Tabou. Le deuxième volet propose des procédures pour minimiser le coût de disponibilité et le coût d'assignation des ressources allouées sous contrainte d'une date d'échéance du projet. La procédure incorpore l'adaptation de la méthode Tabou élaborée au volet précédent. Les résultats de l'expérimentation montrent la bonne performance des procédures développées. Le troisième volet propose une approche interactive par laquelle le gestionnaire de projets évalue des choix d'allocation de ressources afin de parvenir à une solution de compromis entre les trois axes de décision. Pour y parvenir, on évalue des solutions dans une région délimitée par les buts du gestionnaire de projets au lieu d'effectuer une approximation de la frontière efficace. L'expérimentation montre la faisabilité de l'approche interactive ainsi que l'efficacité de l'adaptation proposée de la méthode Tabou. Ces trois volets permettent d'élaborer l'architecture d'un Système Interactif d'Aide à la Décision pour l'allocation multiobjective des ressources en gestion de projets.

Les travaux de cette thèse sont articulés autour du problème d’ordonnancement de tâches dans un type d’atelier de structure complexe peu étudié dans la littérature. Cet atelier est de composition hybride : chaque étage de l’atelier a une ou plusieurs machines. Les principales contraintes considérées sont le traitement par lots et la minimisation du retard total. Les méthodes de résolution de ce problème sont intégrées dans les systèmes d’aide à la décision du programme de recherche du Groupe SouffletEtant donné la structure complexe du type d’atelier considéré, nous avons décomposé ce dernier afin d’étudier plus particulièrement le problème d’ordonnancement sur machines parallèles identiques. Différentes méthodes de résolution sont testées. Les résultats sont analysés afin de proposer une classification d’instances et de méthodes de résolution. Les problèmes étudiés sont résolus de manière exacte et approchée. Différentes méthodes ont été testées : des recherches itératives, des algorithmes tabous, des méthodes évolutionnaires. Les conclusions de la résolution du problème d’ordonnancement des machines parallèles sont utilisées pour construire des méthodes à deux niveaux pour le problème complexe d’ordonnancement. Les résultats montrent que les algorithmes trouvent des solutions de bonne qualité pour le problème traité. De la même manière, de problématiques industrielles similaires sont traitées, dans l’objectif d’optimiser le fonctionnement du centre de recherche / This thesis considers a complex workshop scheduling problem, which is rarely studied to our knowledge. This workshop has a hybrid composition : one or several machines are available at each stage. Main considered constraints are batch processing and total tardiness minimization. Solution methods are embedded on the information system of research program of Soufflet Group. Given the complex structure of the workshop, it has been split in order to study the parallel machines scheduling problem individually. Different solution methods are developed. Obtained results are used to build a classification of instances and solution methods. To solve described problems, exact and approach solution methods are proposed. We have adapted iterated search, tabu search, genetic algorithms, … Findings from solving parallel machines scheduling problem are employed to develop a two levels solution method for the described flow shop problem. Results show the performance of developed algorithms to find good quality solutions for described scheduling problem. Similarly, industrial problems are considered, in order to optimize operational behavior of research center

Les travaux de ce mémoire traitent du problème d’ordonnancement et d’optimisation de la production dans un environnement de plusieurs machines en présence de contraintes sur les ressources matérielles dans une usine d’extrusion plastique. La minimisation de la somme pondérée des retards est le critère économique autour duquel s’articule cette étude car il représente un critère très important pour le respect des délais. Dans ce mémoire, nous proposons une approche exacte via une formulation mathématique capable des donner des solutions optimales et une approche heuristique qui repose sur deux méthodes de construction de solution sérielle et parallèle et un ensemble de méthodes de recherche dans le voisinage (recuit-simulé, recherche avec tabous, GRASP et algorithme génétique) avec cinq variantes de voisinages. Pour être en totale conformité avec la réalité de l’industrie du plastique, nous avons pris en considération certaines caractéristiques très fréquentes telles que les temps de changement d’outils sur les machines lorsqu’un ordre de fabrication succède à un autre sur une machine donnée. La disponibilité des extrudeuses et des matrices d’extrusion représente le goulot d’étranglement dans ce problème d’ordonnancement. Des séries d’expérimentations basées sur des problèmes tests ont été effectuées pour évaluer la qualité de la solution obtenue avec les différents algorithmes proposés. L’analyse des résultats a démontré que les méthodes de construction de solution ne sont pas suffisantes pour assurer de bons résultats et que les méthodes de recherche dans le voisinage donnent des solutions de très bonne qualité. Le choix du voisinage est important pour raffiner la qualité de la solution obtenue. Mots-clés : ordonnancement, optimisation, extrusion, formulation mathématique, heuristique, recuit-simulé, recherche avec tabous, GRASP, algorithme génétique / The thesis deals with the optimization of the production on a number of machines subject to limited availability of the resources in an extrusion facility. Because of its importance to meet deadlines, the objective is to minimize the sum of weighted tardiness. This work presents a linear formulation of the problem and a number of heuristic solution methods. The proposed heuristic solution methods can be divided into two main groups: construction methods and neighborhood search methods. Also solution construction methods are divided in two sub-groups: parallel construction heuristics and serial construction heuristics. Adaptations of the simulated annealing algorithm (SA), the genetic algorithm (GA), the Tabu search (TS) method and the Greedy randomized adaptive search procedure (GRASP) are developed. Five neighborhood structures are used within the four tested neighborhood search algorithms. In our problem, setup times are sequence dependent. Also, extruders and dies are the bottleneck piece of equipment in this industrial setting. Several problem instances were generated for the evaluation of heuristic scheduling algorithms. The experimental study shows that the construction heuristics are not sufficient to ensure good results, however the proposed neighborhood search methods perform very well. Also, the structure of neighborhoods plays an important role to guarantee better results. Keywords: scheduling, optimization, extrusion, mathematical formulation, heuristic, simulated-annealing, tabu-search, GRASP, genetic algorithm

La recherche abordée dans le cadre de cette thèse s'intéresse à la gestion des ressources humaines opérationnelles, et plus spécifiquement aux problèmes de planification de ces ressources dans un contexte dynamique. Un intérêt particulier est porté au problème d'ordonnancement en temps réel du personnel travaillant sur une chaîne d'assemblage. Nous abordons cette problématique dans une perspective de gestion par compétences et ce, en nous basant sur le profil de compétences dans la modélisation de l'offre et de la demande en main-d'oeuvre. Quatre principaux axes de recherche sont exploités. Le premier axe vise l'aspect théorique de la modélisation du problème d'ordonnancement du personnel. A cet effet, nous proposons un modèle mathématique du problème d'affectation dynamique des employés sur une chaîne d'assemblage avec la prise en considération des préférences, des compétences et des déplacements inter-postes des employés. En nous basant sur ce modèle, et grâce à l'utilisation du solveur commercial de type Cplex, nous avons pu résoudre des instances de problèmes de petite taille. Les résultats obtenus démontrent que la production d'une solution optimale requiert un temps de calcul important, ce qui risque de générer une rigidité et une moindre réactivité de la fonction d'ordonnancement face à des perturbations d'un environnement dynamique. Le deuxième axe de recherche porte sur l'élaboration d'une approche distribuée à base d'agents pour la résolution du problème d'ordonnancement du personnel. L'approche proposée se base sur l'utilisation de plusieurs catégories d'agents intelligents qui coopèrent entre eux à travers la formation de coalitions. Chaque coalition est formée de deux agents-employés qui auront décidé de coopérer entre eux en s'échangeant une partie de leurs activités d'assemblage afin d'améliorer leur profit et en conséquence, la qualité de la solution globale d'ordonnancement. Les résultats d'ordonnancement du personnel obtenus à partir des premiers tests sont encourageants. Ils démontrent que notre approche à base d'agents permet d'obtenir des solutions de bonne qualité en des temps raisonnables. Le troisième axe de recherche porte sur le réordonnancent du personnel en temps réel face aux aléas liés à l'absence d'employés. À cet effet, nous proposons une extension de l'approche à base d'agents ainsi que deux variantes de l'approche de recuit simulé, qui permettent de résoudre le problème de réordonnancement. Nous avons pu tester les performances de ces deux approches sur plusieurs cas du problème d'ordonnancement et de réordonnancement du personnel. L'ensemble des résultats démontre que l'algorithme à base d'agents conduit à de très bonnes solutions en comparaison avec le recuit simulé. Enfin, nous avons exploité les algorithmes à base d'agents et de recuit simulé, qui sont développés dans cette recherche, pour étudier deux aspects de la gestion stratégique des ressources humaines : la flexibilité dans l'élaboration des horaires de travail et l'impact de la prise en considération des préférences dans le processus d'ordonnancement du personnel. Dans les deux cas, les résultats de simulation obtenus corroborent les hypothèses initiales de recherche, à savoir la pertinence et l'intérêt de la notion de flexibilité et de la prise en compte des préférences dans le processus d'ordonnancement du personnel.