Cette thèse est réalisée au sein du Laboratoire de Génie Industriel et Production de Metz (LGIPM) et s'inscrit donc dans une dynamique à la fois européenne et mondiale qui est la réduction des impacts environnementaux et sociétaux des systèmes de transport. Notre but est de développer un système d'aide à la décision au choix d'un itinéraire de fret ayant le moins d'impacts possible sur l'environnement et la société. Pour se faire, nous avons défini des fonctions qui permettent de calculer pour chaque chemin d'un réseau de transport intermodal, les critères économiques (coût, temps, dégâts dus aux transbordements) et les critères écologiques (pollution, consommation d'énergie, nuisances sonores et risque d'accident) à considérer. Par la suite, nous avons construit un modèle de plus court chemin multiobjectif permettant d’optimiser les sept critères ainsi définis. Pour résoudre ce modèle, un algorithme de colonies de fourmis multiobjectif a été mis en place afin de prendre en compte le grand nombre de critères et l'intermodalité du réseau. Une implémentation est ensuite réalisée sur un réseau de transport intermodal se basant sur des données géographiques réelles et les performances de l’algorithme mis en place sont analysées et prouvées / The topic of this thesis is about environmental and societal impacts abatement within the green supply chain. This thesis is taking place in the Laboratory of Industrial Engineering and Production of Metz (LGIPM). Our goal is to develop a decision support system in choosing a path with the less environmental and societal impacts. For building our decision support system, we defined a mathematical model which computes for each part in our transportation network, the travel time, the transportation cost and the damage due to transshipment, the amount of greenhouse gas emissions that are emitted, the energy consumption, the noise emitted and the accident risk. From this graph, we built a multiobjective shortest path problem. A multiobjective ant colony algorithm MOSPACO (Ant colony optimization for multiobjective shortest path problem) is then proposed to solve the proposed multiobjective shortest path problem; this new algorithm aims to take into account the large number of criteria and intermodal network. The running of the algorithm gives a Pareto front from which the decision maker can choose his desired itinerary

Les entreprises sont, de plus en plus, poussées à analyser leurs émissions de carbone. Notre recherche s'intéresse donc à celles-ci quand elles sont dues au transport et au stockage le long de la chaîne logistique. Pour ce faire, nous avons développé un modèle utilisant la simulation à événements discrets. L'outil proposé modélise une stratégie de réponse à la demande et coordonne les flux en Make To Stock. Trois paramètres variables sont pris en compte : la performance industrielle avec l'utilisation d'un taux de rendement synthétique, la localisation des entreprises et le type de produits fabriqués. Différents scénarii, à politique industrielle et localisation soit homogène soit dégradée soit quelconque et à type de produits différents sont simulés. L'objectif est de comparer les critères environnementaux (émissions de carbone) mais aussi financiers (niveau de stock, kilométrage) de ces configurations. Cette méthode est appliquée aux secteurs mécanique et plasturgique. Les principaux objectifs de l'étude sont les suivants : développer des références pour la simulation de chaîne logistique et conduire des expériences pertinentes afin d'optimiser les chaînes logistiques vertes.

Les entreprises sont, de plus en plus, poussées à analyser leurs émissions de carbone. Notre recherche s’intéresse donc à celles-ci quand elles sont dues au transport et au stockage le long de la chaîne logistique. Pour ce faire, nous avons développé un modèle utilisant la simulation à événements discrets. L’outil proposé modélise une stratégie de réponse à la demande et coordonne les flux en Make To Stock. Trois paramètres variables sont pris en compte : la performance industrielle avec l’utilisation d’un taux de rendement synthétique, la localisation des entreprises et le type de produits fabriqués. Différents scénarii, à politique industrielle et localisation soit homogène soit dégradée soit quelconque et à type de produits différents sont simulés. L’objectif est de comparer les critères environnementaux (émissions de carbone) mais aussi financiers (niveau de stock, kilométrage) de ces configurations. Cette méthode est appliquée aux secteurs mécanique et plasturgique. Les principaux objectifs de l’étude sont les suivants : développer des références pour la simulation de chaîne logistique et conduire des expériences pertinentes afin d’optimiser les chaînes logistiques vertes. / Rendering the supply chain more eco-friendly is an innovative idea progressively adopted by industry. Our research focuses on the CO2 emissions along the supply chain due to freight energy use and storage. A supply chain approach by using a discrete event model was developed. Our proposed tool is able to model Re Order Point production management policy (ROP). Moreover, it can consider the main demand response strategy Make To Stock (MTS). Manufacturing capability is also taken into account using an Overall Equipment Effectiveness indicator (OEE). In addition, the location of the firms and their type of products are modeled. Simulations were conducted by varying the manufacturing capacity, the type of product and the firm location in MTS environment and a ROP planning policy. The purpose is to compare supply chain CO2 emissions and financial elements of different configurations. This method is applied to mechanical and plastic industries. The principle objectives of the study are twofold: develop a supply chain simulation benchmark and conduct pertinent experiments to improve green supply chains.

La modélisation de la chaîne logistique "CL", proposée dans cette contribution, adopte une vision globale et tendancielle du fonctionnement de la chaîne. Vu la complexité et la grande diversité de la CL, la modélisation s'appuie sur une démarche modulaire et générique fondée sur le potentiel des Réseaux de Petri Continus à Vitesse variable (RdPCV) tout en introduisant des concepts issus de l approche systémique. Notre modèle permet d'intégrer à la fois l aspect physique, informationnel et décisionnel de la CL et s adapte à la grande diversité de sa configuration. De plus, il permet, à travers sa description continue du phénomène de transfert des flux de la CL, de pallier les problèmes d explosion combinatoire inhérents à la taille importante de la chaîne. Contrairement aux modèles de la CL existants, notre modèle offre une lisibilité en termes d'analyse des interactions entre les différents acteurs de la chaîne, et donne une vision globale plus claire de l état de cette chaîne facilitant ainsi son analyse, l évaluation de sa performance et le pilotage de ses différents flux. / The proposed model for supply chain in this contribution adopts a global and trend vision of supply chain functioning. Given the complexity and diversity of the supply chain, the modeling follows a modular and generic approach based on the potential of variable speed continuous Petri nets (VCPNs) and the concepts of the systemic approach. Our model allows to integrate both physical, informational and decision-making aspect of the supply chain and it adapts to the great diversity of its configuration. Moreover, through its continuous description of the flow transfer phenomena within the chain, it overcomes the problems of combinatorial explosion related to the large size of the chain. Unlike existing supply chain models, our model provides clarity in terms of interactions analysis between the different actors in the chain, and gives a clearer global vision of the state of this chain thus facilitating its analysis, evaluation of its performance and management of its various flows.

Cette thèse étudie la conception d’optimisation de la flexibilité de la politique de logistique et de la capacité de logistique avec une demande incertaine. Ces flexibilités jouent un rôle crucial dans la performance en garantissant la qualité du produit et en maximisant le profit. Nous nous concentrons sur la conception de la capacité de politique de logistique et de la capacité de logistique. Cette recherche étudie trois problèmes d’optimisation: une conception de la politique de commande dans le contrat quantité-flexibilité et la conception de la capacité dans deux entrepôts.Nous examinons d’abord la chaîne logistique à deux échelons entre le constructeur automobile et le détaillant, où le détaillant achète des automobiles écologiques au constructeur automobile et reçoit la demande de ses clients respectueux de l’environnement. Nous établissons une politique de commande dans un contrat à flexibilité de quantité qui prend en compte les exigences écologiques. La politique considère que le constructeur automobiledétermine le niveau de verdissement et que le détaillant détermine le prix de vente au détail avant la signature du contrat. Nous construisons les modèles pour décrire ce contrat dans les chaînes logistiques décisionnelles décentralisées et centralisées. Nous optimisons le niveau de verdissement pour maximiser les profits du constructeur automobile et le prix de vente au détail avec une demande sensible au respect de l’environnement visant à maximiser lesprofits du détaillant. Nous considérons en outre la décision d’équilibre entre le niveau de verdissement et le prix de détail pour maximiser les bénéfices de la chaîne logistique.Nous concevons ensuite les capacité s des robots et des cueilleuses dans un système RMFS (Robotic Mobile Fulfillment System), présenté par plusieurs robots soulevant et transportant des é tagres de stockage de meubles depuis les grilles de stockage jusqu’aux préparateurs de commandes. Nous construisons des modèles de Markov de grande-dimension pour décrire ce système avec des classes de clients, calculons le débit de ce système en fonction du nombre de robots et fournissons des règles de conception permettant de déterminer le nombre optimal de robots et leurs capacités, en tenant compte du compromis entre des robots. Nous vérifions les résultats analytiques des modèles de Markov avec des simulations. Nous consiérons en outre RMFS à sélecteur multiple et étudions sa conception optimale. Un autre objectif de la conception des capacités dans RMFS est considéré. Nous construisons des modèles de réseau de files d’attente pour décrire le système RMFS à l’aide de deux protocoles de partage de robots pour les sélecteurs, proposons les algorithmes correspondants, effectuons des analyses numériques et évaluons les performances du système RMFS en calculant letemps de traitement. Nous calculons ensuite le nombre et la vitesse optimaux des robots et fournissons les règles de conception efficaces pour RMFS.Enfin, nous concevons le stockage public. La conception des entrepôts de stockage publics doit s’adapter aux segments du marché afin d’augmenter le revenu moyen dans un environnement de forte demande. Cet article présente un modèle de revenu intégré aux théories de la file d’attente et de la demande de prix afin de résoudre le problème de conception et de tarification des entrepôts de stockage publics. Nous considérons deux cas de demande dans le modèle, à savoir une demande exponentielle et une demande linéaire par morceaux.Nous développons également une solution basée sur des techniques de programmation dynamiques pour résoudre le problème. En utilisant les données d’un entrepôt, nous menons des expériences numériques. Les résultats montrent que notre approche peut améliorer les revenus attendus des entrepôts publics à forte demande de 16,6 % en moyenne. Nous réalisons en outre une analyse de sensibilité du prix et étudions la relation entre le revenu et le prix. / This thesis studies optimal models for the flexibility of supply chain policies and capacities with uncertain demand. This thesis investigates three optimization problems: An order policy design in the quantity-flexibility contract and the capacity design in robotic warehouses and self-storage warehouses.We first consider the two-echelon supply chain between the automobile manufacturer and the retailer, where the retailer purchases green automobiles from the automobile manufacturer and receives the green sensitive customer demand.We make an order policy in a quantity-flexibility contract that considers green sensitive demands. The policy considers that the automobile manufacturer determines the greening level and the retailer determines the retail price before establishing the contract. We build the models to describe this contract in both decentralized and centralized decision-making supply chains. We apply Stackelberg game to optimize the greening level for maximizing the automobile manufacturer's profit and optimize the retail price with green sensitive demand for maximizing the retailer's profit. We further consider the equilibrium decision between the greening level and the retail price for maximizing the profit of the supply chain.We then study capacities of robots and pickers in a Robotic Mobile Fulfillment System (RMFS), featured byseveral robots lifting and transporting movables storage shelves from storage grids to order pickers. We build high-dimension Markov models to describe this system with customer classes, calculate throughput of this system given the number of robots and provide design rules to determine the optimal number of robots and their capacities considering the trade-off between capacities of picker stations and robots. We verify the analytic results of Markov models with simulations. We further consider multiple-picker RMFS and study its optimal design. We consider another objective of designing capacities in RMFS. We build queue network models to describe the RMFS with two protocols in sharingrobots for pickers, propose the corresponding algorithms, conduct numerical analyses, and evaluate the performance of the RMFS by calculating throughput time. We then calculate the optimal number and velocity of robots and provide the effective design rules for RMFS.Finally, we study the self-storage warehouses. The design of self-storage warehouses needs to fit market segments to increase the average revenue in an environment of high demand. This thesis presents a revenue model integrated with queuing and price-demand theories to solve the design and pricing problem for self-storage warehouses. We consider two demand cases in the model, which are exponential demand and piecewise linear demand. We also develop a solution based on dynamic programming techniques to solve the problem. Using data from a warehouse, we conduct numerical experiments. Results show that our approach can improve the expected revenue of public storage warehouses with high demand by 16.6% on average. We further conduct a sensitivity analysis on price and investigate the relationship between revenue and price.

Au sein de chaînes logistiques, les conflits pouvant exister entre d‟une part l‟autonomie et la coopération, et d‟autre part entre des objectifs locaux et globaux, définissent un contexte très complexe auquel les membres d‟une même chaîne doivent faire face, surtout lorsque les entreprises sont impliquées dans des chaînes d‟approvisionnement multiples ou des réseaux. Par ailleurs, ces problèmes sont de nature à provoquer une dégradation de la performance de la chaîne logistique, notamment dans un contexte de fabrication aussi complexe que celui du secteur aéronautique. De ce fait, organiser et bien gérer les relations inter-partenaires devient un facteur important de performance dans une chaîne logistique. Dans ce contexte, ce travail vise à proposer des modèles de négociation client/fournisseur en vue d‟aider à la formalisation de contraintes cachées, dans l‟optique de partager les risques entre partenaires et de faciliter de la sorte la synchronisation entre besoins locaux et impératifs globaux. Afin de rendre notre proposition réaliste, nous avons tout d‟abord détaillé des processus de négociation puis testé leur faisabilité pratique, d‟une part par des exemples d‟évaluation des coûts engagés et d‟autre part en les positionnant par rapport aux situations de coopération dans lesquelles ces processus de négociation peuvent exister. / In supply chains, the conflicts between autonomy and cooperation, local interest and global objective are important problems that supply chain members are currently facing, especially when enterprises are involved in multiple supply chains or networks. Furthermore, the growing complexity of supply networks has extended the risks of poor supply chain performance, particularly for complex manufacturing, such as aeronautic industry. Thereby, building and managing a good relationship between partners is an essential factor for supply chain performance. In this context, we suggest a negotiation process, helping supply chain member to publish hidden constraints, synchronize internal and external interests, and share risks with other supply chain members, finally improving the performance of cooperation. In order to make our suggestion realistic, we have firstly specified the detailed processes and then tested their practical feasibility, on one hand through the assessment of extra costs and on the other hand by matching them with identified cooperation situations, in which such negotiation process may exist.

Nous proposons de développer des outils d’aide à la décision pour l’ordonnancement de chaînes logistiques. Nous privilégions la coopération entre les différents acteurs de la chaîne notamment la négociation avec les fournisseurs sur les dates d’arrivée des composants, et avec les clients sur les dates de livraisons des produits finis. Nous considérons une chaîne logistique qui consiste en un réseau d’entreprises avec des centres de décisions indépendants. Les produits finis ou semi finis des entreprises d’assemblage sont fabriqués en utilisant des composants ou produits semi finis fournis par les autres entreprises du réseau ou par des fournisseurs externes. On est au niveau opérationnel, chaque entreprise construit son ordonnancement par rapport à ses propres centres de production. Comme la production de produits finis dépend des composants, des négociations sont entamées entre les entreprises concernant les dates d’arrivées des composants (les fenêtres de temps). Une solution globale est obtenue par une approche itérative par décomposition incluant des négociations bilatérales entre les centres de production et de décisions pour définir l’ordonnancement juste à temps minimisant la somme des pénalités. Pour résoudre l’ordonnancement juste à temps local de chaque centre de production nous proposons une méthode approchée basée sur les algorithmes génétiques. Chaque solution est évaluée grâce à un algorithme polynomial basé sur le PERT coût. Un contrôle semi décentralisé est envisagé pour assurer la convergence des négociations. Par ailleurs, nous étudions un ensemble de problèmes concernant l’optimisation des transports dans les chaînes logistiques / We propose new decision methods for coordinating supply chain scheduling. We focus on the cooperation between supply chain partners by means of negotiations about suppliers’ raw materials arrival dates, and customers’ delivery dates of finished. We consider a supply chain, which consists in a network of independant enterprises. The finished products (or sub products) of the assembly enterprise are produced using components and/or sub products supplied by other enterprises or by external suppliers. We are at the scheduling level and each enterprise builds its own schedules associated with its production centers. As an operation can be performed only when the production center has received the necessary components, the schedules are dependent. This induces negotiations between decision centers which is expressed by penalty functions associated with soft and hard release dates and due dates. A global solution is searched by an iterative decomposition approach including alternatively bilateral negotiations between the production decision centers and just in time scheduling, minimizing the local total sum of penalties. To solve each local just-in-time scheduling problem, we propose an approximation approach based on meta-heuristics, which explores the set of solutions, in which a solution is described by the job order on each machine and is evaluated using a “pert cost” algorithm.. A semi-decentralized control is suggested to assume the negotiation convergence. Furthermore, we study some transportation optimization problems in supply chains

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution à la modélisation et à l'analyse de performances des systèmes logistiques à l'aide d'un nouveau modèle de réseaux de Petri stochastiques. Il s'agit d'une problématique au centre des préoccupations actuelles des entreprises industrielles mais très peu abordée par la communauté des réseaux de Petri. Dans ce travail, nous développons un nouveau modèle de réseaux de Petri dits réseaux de Petri lots déterministes et stochastiques (BDSPNs) capable de supporter les caractéristiques essentielles des systèmes logistiques et plus généralement des systèmes à événements discrets. Ils sont particulièrement adaptés pour la modélisation de flux évoluant en quantités discrètes (lots de différentes tailles et variables) et ils permettent de prendre en compte des activités plus spécifiques telles que les commandes des clients, l'approvisionnement des stocks, la production et la livraison en mode lot. Les BDSPNs permettent par leur formalisme graphique et mathématique de capturer pertinemment et simplement cet aspect lot omniprésent dans différentes locations de ces systèmes et qui s'implique très considérablement dans leur comportement et par conséquent dans leur analyse. Nos travaux portent à la fois sur la théorie du nouveau modèle, sur ses techniques d'analyse et sur ses applications aux systèmes logistiques. Ainsi, les résultats obtenus et les applications effectuées font des BDSPNs un outil de modélisation performant aussi bien pour l'analyse que pour la simulation.

La " collaboration au sein d'une chaîne logistique " s'exprime dans un contexte particulier fait d'aléas, d'échanges d'informations plus ou moins formalisés, pertinents ou efficaces, et de jeux de pouvoirs où chacun cherche à imposer ses contraintes à l'autre. Elle peut ainsi être définie autour de trois notions clés : des protocoles (processus partagés entre partenaires), des comportements (processus individuels à chaque partenaire), des aléas qui rendent incertain le niveau de performance. Afin d'anticiper les conséquences possibles de certaines situations, il importe donc d'être capable de représenter et d'évaluer les conséquences d'éventuelles décisions (protocoles et comportements) ou aléas sur la relation. Outil de prospection, la " simulation des processus de planification d'une chaîne logistique " s'inscrit donc parfaitement dans cette démarche d'évaluation a priori. Les fonctionnalités d'un outil de simulation à événements discrets à base d'agents ont été étendues dans cette thèse afin de représenter et de simuler un certains nombres de protocoles, comportements et aléas rencontrés dans la réalité industrielle. L'expression " aide à la gestion de la collaboration " fait ici référence à l'intégration des résultats de simulation au coeur d'une démarche formalisée de management des risques pour aider à paramétrer les protocoles et comportements mis en oeuvre dans une relation. Des outils et méthodes ont été développés pour modéliser ce processus de décision afin d'informer de manière pertinente le décideur au moment de son choix (arbres de décision, critères de décision). La prise de décision est un processus marqué par la subjectivité du décideur. Les outils et méthodes doivent donc intégrer cette subjectivité sous toutes ses formes : (i) les préférences relatives aux indicateurs de performances sur lesquels se basent les décisions, (ii) la perception sur la possibilité de l'occurrence d'un aléa, et (iii) les préférences des différents partenaires à prendre en compte dans le raisonnement et (iv) la séquence générale de l'ensemble des aléas et choix de protocoles, comportements identifiés. La dernière partie de la thèse est consacrée à la mise en oeuvre de la démarche sur un cas d'application industriel : l'aide à la gestion de la collaboration entre la branche Dermo-Cosmétique du groupe Pierre-Fabre et ses fournisseurs de produits de conditionnement.

Cette recherche se propose de définir et d'évaluer la performance d'une organisation différente de la logistique : la mutualisation. Il s'agit d'une construction entre partenaires indépendants des schémas logistiques qui optimisent leurs chaînes d'approvisionnement ou supply chains. Il en résulte une mise en commun de leurs ressources (entrepôts, plateformes, moyens de transport, etc.) et de leurs systèmes à travers la définition des réseaux logistiques mutualisés. L'évaluation de la performance de cette organisation est réalisée en premier lieu sur le plan environnemental à travers les gains en émissions de CO2 du transport afférant puis économique par les conséquences en coût de ces opérations et la différence avec une optimisation économique. En s'appuyant sur des collaborations avec des organisations logistiques françaises (Club Déméter et FEEF), nous avons effectué deux études, respectivement sur les plus grands fournisseurs et des PME dans le secteur alimentaire de la grande distribution en France. Ainsi, les modèles d'optimisation sur un critère d'émission ou de coût, ont été formalisés et exécutés afin de concevoir les réseaux mutualisés. Les résultats obtenus dans les deux cas démontrent que la mutualisation des schémas logistiques réduit de manière très significative les émissions relatives au transport de marchandises, entre -20% et -50% d'émission de CO2 en moins suivant les cas. La performance économique est moins remarquable mais également souvent plus favorable que la situation actuelle. Cette performance dépend notamment de l'évolution relative des coûts entre transport ferroviaire et routier, ce qui permet d'explorer les différences de coûts, en présence de taxation par exemple, permettant les meilleures allocations de moyens d'un point de vue environnemental et d'un point de vue économique.