Dans un contexte économique fortement concurrentiel, la maintenance des équipements de productions constitue un enjeu socio-économique décisif pour les entreprises. De même, les enjeux de maintenance ont connu de fortes évolutions, le secteur est en pleine mutation. Face à cela, les attentes, les besoins en matière de coût, de délai, de qualité et de respect de l’environnement changent. Suite à ce constat, on a souhaité développer dans cette thèse de nouvelles stratégies intégrées de maintenance, de production, de gestion des stocks de pièces de rechange en tenant compte de différentes contraintes opérationnelles. Parmi ces contraintes, on peut citer la variation de la cadence de production des systèmes et son impact sur la dégradation du système de production ainsi que sur le plan de maintenance et de gestion de pièces de rechanges. On s’est intéressé aussi à l’origine et au type des pièces de rechange (neuves ou usagées) utilisées pour assurer les activités de maintenance. En plus de l’influence technico-économique de l’origine des pièces de rechange utilisées sur le système de production, on a également évalué l’impact environnemental de ces derniers en considérant des données de l’ADEME. Formellement, L’objectif de cette thèse est de contribuer par des approches formelles permettant une optimisation des cadences de production couplée à des politiques de maintenance et intégrant des stratégies efficientes dans la gestion des pièces de rechange. Des méthodes analytiques et techniques d’optimisation, appuyées par des modèles de simulations selon la difficulté de résolutions ont été développées afin de réaliser les objectifs de cette thèse. Une étude de cas industrielle ainsi que des exemples numériques sont présentés pour valider les résultats théoriques obtenus / In a highly competitive economic environment, maintenance of production facilities is a crucial socio-economic challenge for companies. Similarly, maintenance issues experienced significant changes, the sector is changing. Faced with this, the expectations, the needs of cost, time, quality and environmental change. Following this, we wanted to develop in this thesis new integrated strategies for maintenance, production, and inventory management of spare parts taking into account different operational constraints. These constraints include the change in the rate of production systems and its impact on the deterioration of the production system and on the maintenance plan and spare parts management. It was also interested in the origin and type of spare parts (new or used) used to ensure maintenance activities. In addition to the technical and economic influence of the origin of spare parts used in the production system, we also evaluated the environmental impact of the latter considering ADEME data. Formally, The aim of this thesis is to contribute by formal approaches to optimization of production rates coupled with maintenance policies and integrating efficient strategies in the management of spare parts. Analytical methods and optimization techniques, supported by simulation models according to resolutions of difficulty have been developed to achieve the objectives of this thesis. An industrial case studies and numerical examples are presented to validate theoretical results

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse aborde le problème de l'identification et de la gestion des stocks de pièces de rechange de systèmes dont les caractéristiques opératoires se dégradent avec l'âge et avec l'usage. Le besoin d'avoir des stocks de pièces de rechange est dicté par la nécessité d'assurer une continuité de service à des équipements assujettis à des défaillances accidentelles. Toute interruption prolongée peut, en effet, se révéler coûteuse. L'objectif est donc de proposer une démarche globale de gestion des stocks de pièces de rechange en présentant les modèles et les outils d'aide à la décision qui permettront au preneur de décision de répondre aux questions suivantes : quelles pièces tenir en stock ? Quand et combien de ces pièces faut-il commander ? Que faire avec les pièces de rechange reçues ? Faut-il faire les remplacements préventifs à la réception des pièces ou attendre la panne ? Comment s'assurer de disposer des pièces requises tout en respectant le budget alloué ? Une démarche basée sur l'indice de criticité est élaborée pour identifier les composants pour lesquels des pièces de rechange sont requises. Plusieurs méthodes de détermination des besoins en pièces de rechange sont proposées dans les cas où les lois de dégradation ou l'historique de consommation sont connus. La simulation est aussi présentée comme un outil valide et particulièrement intéressant dans les cas où les processus de consommation et de réparation des pièces sont complexes. Après une revue des principales politiques de gestion des stocks, des stratégies conjointes de maintenance et d'approvisionnement des pièces sont analysées. Une stratégie conjointe pour la maximisation de la disponibilité sous des contraintes budgétaires est développée. Le recours aux pièces reconditionnées est aussi considéré et les conditions de leur utilisation efficiente sont dérivées. Finalement, nous étudions diverses initiatives de gestion des stocks de pièces de rechange qui intègrent l'utilisation des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Cette recherche a débouché sur plusieurs contributions intéressantes dans le domaine de la gestion des stocks de pièces de rechange et de la récupération des équipements en fin de vie. Un des nombreux outils et modèles développés est en phase finale de validation sur un poste pilote. Plusieurs extensions des modèles développés sont aussi envisagées.

Ce mémoire aborde la problématique de planification et contrôle des inventaires des pièces de rechange pour des systèmes assujettis à des défaillances aléatoires. Nous décrivons une série de modèles de décision pour gérer une gamme de pièces de rechange pour des réseaux constitués de plusieurs équipements en opération. Chaque équipement est composé d’une ou de plusieurs pièces qui sont nécessaires à son bon fonctionnement. Lorsqu’une pièce tombe en panne, elle est remplacée par une rechange, si disponible en stock, elle sera ensuite acheminée vers l’atelier de réparation pour la remettre en état de fonctionnement. Les modèles étudiés dans ce travail sont adaptés à une organisation disposant d’un réseau d’équipements, de canaux de transport, de stocks de pièces de rechange et de plusieurs stations de réparation. Les stocks et les stations sont déployés pour desservir un territoire, une zone ou une région, afin de garantir un niveau de service requis. Les modèles mathématiques proposés, décrivant les processus de défaillance, de réparation et de transport, utilisent la théorie des files d’attente. Celle-ci traduit fidèlement le phénomène de défaillance et de réparation provoqué par la contrainte de capacité des stations de réparation et des canaux de transport. Le processus stochastique qui engendre les arrivées des pièces défaillantes aux stations de réparation est supposé être un processus de Poisson. Les délais de traitement et de transit d’une pièce ne sont pas connus avec certitude, ils sont considérés comme des variables aléatoires qui suivent des distributions générales. Le système de gestion de stock des pièces de rechanges adopte une politique de transaction continue à réapprovisionnement unitaire (S-1, S). Dans ce travail, nous nous intéressons à l’analyse de l’évolution du système dans un régime permanent afin de trouver une politique de contrôle optimale qui dépend essentiellement de la quantité de pièces de rechange à garder en stock et de la capacité de traitement des stations de réparation. Nous développons aussi des modèles approximatifs pour traiter des configurations logistiques multi-échelon, ainsi que des demandes en urgence dans un échelon supérieur, et des transferts latéraux entre magasins de même échelon. Ces modèles sont ajustés pour faire face à des mesures de services différentes et pour traiter plusieurs références de pièces de rechange. Plusieurs algorithmes ont été proposés et implémentés, ils ont donné lieu à des résultats numériques dégageant des courbes d’efficiences (Coût, Niveau de service, Capacité) permettant aux gestionnaires de prendre des décisions éclairées le long du cycle de vie du système. En outre, une étude comparative très poussée a permis de démontrer l’exactitude des résultats obtenus par nos algorithmes avec les meilleures contributions publiées dans la littérature. Mots clés : pièces de rechange, gestion des stocks, politiques de maintenance, politiques de contrôle des stocks, fonction de renouvellement, files d’attente, chaînes logistiques, systèmes multi-échelon. / This paper deals with the problem of planning and control of spare parts inventory for systems subject to random failures. We describe a series of decision models to manage a range of spare parts for networks made up of several equipment in operation. Each equipment is composed of one or more parts that are necessary for its proper functioning. When part breaks down, it is replaced by another, if available in stock., it will then be taken to the repair station to restore it to its working condition. The models studied in this work are adapted to an organization with a network of equipment, transport channels, stocks of spare parts and several repair stations. Inventories and stations are deployed to serve a territory, zone or region to ensure a required level of service. The proposed mathematical models, describing the failure, the repair and the transport processes, use the queuing theory. It accurately reflects the phenomenon of failure and repair caused by the capacity constraints of repair stations and transport channels. The stochastic process that generates the arrival of failure parts at repair stations is assumed to be a Poisson process. The processing and transit times of a part are not known with certainty, they are considered as random variables, which follow general distributions. The spare parts inventory management system adopts a continuous transaction policy with unit replenishment (S-1, S). In this thesis, we are interested in analyzing the evolution of the system in a permanent regime, in order to find an optimal control policy which depends essentially on the number of spare parts to be kept in stock and the processing capacity of repair stations. We also develop approximate models to deal with multi-echelon logistic configurations, as well as emergency requests in a higher echelon, and lateral transfers between stores of the same echelon level. These models are adjusted to deal with different service measures and to handle several spare parts references. Several algorithms have been proposed and implemented, giving rise to numerical results yielding efficiency curves (Cost, Service Level, Capacity) allowing managers to make informed decisions throughout the life cycle of the system. In addition, a very detailed comparative study has been conducted to demonstrate the accuracy of the results obtained by our algorithms with the best contributions published in the literature. Keywords: Spare parts inventory management, maintenance policies, inventory control policies, renewal function, queuing system, supply chains, multi-echelon networks.

Le maintien en opération ou la remise en état de tout système requiert des pièces de rechange. Pour des raisons économiques et légales, les manufacturiers sont tenus d'assurer la disponibilité des pièces de rechange durant tout le cycle de vie économique du système ou produit en considération. Selon le système, le cycle économique s'étend de la phase de mise sur le marché jusqu'à la fin de la période de production majorée d'une période variant en fonction des engagements du constructeur. Cette période peut notamment être la période de garantie consentie par le manufacturier ou une période que la législation en vigueur impose concernant la récupération et le recyclage. Les lois actuelles du marché forcent les manufacturiers à offrir des durées de garantie plus longues pour augmenter leurs ventes, puisque la durée de garantie est perçue comme représentative de la qualité du produit. Ces dernières, et au vu du remplacement rapide des modèles, couvrent des périodes qui vont au-delà de la période, de production du modèle garanti. Or, pour honorer ces garanties, il faut disposer de stock de pièces de rechange pour effectuer les réparations requises sachant qu'il peut s'avérer très coûteux de produire une pièce de rechange en dehors du cycle de production. D'autre part, la raréfaction et l'augmentation exponentielle des coûts des matières premières encouragent les entreprises à envisager de nouvelles sources d'approvisionnement. Une des avenues proposées dans ce mémoire est la considération du procédé de remise à neuf ou remanufacturing comme source moins on~reuse de pièce de rechange pour assurer la réparation des systèmes ou produits défectueux encore sous garantie. Notre article traite donc du développement d'un modèle mathématique pour la détermination conjointe de la période de garantie et de la taille du lot économique de pièces de rechange à produire et à reconditionner pour satisfaire la demande durant tout le cycle économique du produit. Cet outil permettrait aux manufacturiers de mettre en place des stratégies efficaces de détermination des quantités optimales de pièces de rechange neuves et reconditionnées à produire et conserver tout au long du cycle de vie du produit.

Dans cette thèse, nous proposons de développer des politiques de remplacement préventif pour des systèmes multi-composants. Ces systèmes sont composés de plusieurs composants selon une configuration bien déterminée et dont l’état se dégrade d’une manière aléatoire. Les politiques de remplacement définissent les actions à entreprendre en fonction de l'état du système ou de ses composants et ont pour objectif de retarder l'apparition des pannes et de prolonger la durée de vie du système. Sur le plan théorique, la généralisation des modèles de remplacement des systèmes mono-composants à des systèmes multi-composants n'est pas évidente. La difficulté réside essentiellement dans l’existence d’interaction ou de dépendance entre les différents composants du système. Nous nous sommes concentrés dans cette thèse sur les dépendances stochastique et économique entre les composants. Pour la dépendance stochastique, la propagation de la panne a été modélisée par l’effet domino pour un système parallèle à deux composants. Nous avons proposé deux politiques de remplacement de type Age. Dans la première politique, nous avons supposé que la structure des coûts est constante alors que dans la deuxième politique cette hypothèse a été modifiée en prenant une structure de coûts variable. Nous avons aussi proposé dans le cadre de la dépendance stochastique un modèle de remplacement bi-objectif qui optimise à la fois le coût espéré du remplacement et la disponibilité du système. Pour la dépendance économique, nous avons proposé une politique de remplacement basée sur le comptage des pannes pour un système parallèle et nous l’avons intégrée dans un modèle d’allocation de la redondance d’un système série-parallèle. Le modèle mathématique a été résolu par une approche heuristique basée sur l’algorithme du recuit simulé. / The aim of this thesis is to develop preventive replacement policies for multi-component systems. Systems are composed of several components connected under a known configuration and subject to random failures. Each replacement policy defines the actions to be taken according to the state of the system or its components and it is intended to delay the occurrence of failures and extend the lifetime of the system. From the theoretical point of view, the extension of replacement models from single-component systems to multi-component systems is not obvious. The difficulty is due primarily to the interaction or dependence between the different components of the system. In this thesis the focus has been put on the stochastic and economic dependencies between components. For stochastic dependence the propagation of the failure is modeled by the domino effect for a two-component parallel system, and two age replacement policies are investigated. In the first policy, we assumed that the cost structure is constant whereas in the second policy a variable cost structure is assumed. We proposed also a bi-objective replacement model that optimizes both expected replacement cost rate and system availability. For economic dependence, we proposed a failure counting replacement policy for a parallel system and we integrated it in a redundancy allocation model for a serie-parallel system. The mathematical model has been built taking account of this policy and Simulated Annealing algorithm has been used as resolution approach.

Le cadre général des travaux de cette thèse est la chaîne logistique des pièces de rechange et particulièrement l’amélioration de sa performance en prévision et en gestion des stocks à plusieurs niveaux de service. La spécificité d’une demande faible et erratique ne permet pas l’utilisation des approches classiques de prévision. Par ailleurs, les mesures de performance associées reposant sur des indicateurs purement statistiques ne reflètent pas nécessairement les objectifs de gestion d’une chaîne logistique qui cherche à s’aligner avec différents niveaux d’exigence des contrats de maintenance. Après une description des processus et des outils en prévision et en gestion de stocks utilisés dans ce contexte, ces travaux proposent de nouvelles approches de sélection des méthodes de prévisions qui intègrent prévision et gestion de stocks, qui permettent la priorisation en service ou en inventaire et qui utilisent une segmentation par profil de la demande et par niveau de maturité des pièces. Par la suite, ces travaux considèrent le cas de la différenciation client dans le modèle de gestion de stocks basé sur des prévisions, en comparant la performance de la politique à niveau critique avec les politiques classiques à stock commun ou séparé. Chaque processus étudié a été accompagné d’une analyse comparative entre différentes méthodes de prévisions et politiques de gestion de stocks sur des données réelles du cas d’application industrielle de la chaine logistique de GE Healthcare. Ce qui a permis de construire un ensemble de recommandations en fonction de la segmentation de la pièce et des priorités des décideurs. / The main scope of these works is the spare parts supply chain management, particularly the improvement of forecasting and inventory management performance. The specificity of low and erratic demand does not allow the use of conventional approaches of forecasting. Moreover, the associated performance measurements, based on purely statistical indicators, are not adapted to this context. Indeed, it should align with different levels of expectations of the maintenance contracts. After a presentation of the processes and tools used by the dedicated literature. Here we propose new performance analysis approaches seeking to combine the statistical performance of forecasting methods and inventory management performance while considering decision makers priorities and using demand pattern as well as parts age segmentations. These works also address the use of customer differentiation in the inventory model based on forecasting, by comparing the performance of the critical level policy with the common stock and separated stock policies. Each studied process was associated with a comparative analysis of different forecasting methods and inventory management models based on real data of the spare parts supply chain of GE Healthcare, which allowed us to define a set of methods and parameters recommendations according to both part segmentations and supply chain priorities.