Outil 7 du livre "Des Outils pour la GPI" de JL Brissard et M Polizzi aux éditions AFNOR Gestion 1990.

Outil : "Implantation"


  1. Objectif
  2. Désignations similaires
  3. Origine
  4. Domaines et contraintes d'utilisation
  5. Méthodologie
  6. Applications
  7. Conclusion
  8. Pour aller plus loin

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1. OBJECTIF

L'outil appelé "IMPLANTATIONS" a pour but l'organisation de l'implantation des ressources d'une unité de production, visant à structurer et raccourcir les flux de matières.

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2. DESIGNATIONS SIMILAIRES

Elles correspondent aux différentes méthodes utilisées comme :

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3. ORIGINE

Les méthodes d'implantation ne sont pas nouvelles. Les grandes entreprises, comme Renault ou des organismes, comme le B.T.E. (Bureau des Temps Elémentaires) en ont mis au point mais elles sont restées inutilisées pendant toute la période où se développèrent les chaînes de production. Ces méthodes sont à nouveau utilisées avec le développement des îlots de production et des lignes de fabrication.

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4. DOMAINES ET CONTRAINTES D'UTILISATION

Nous appellerons îlot de production un regroupement de postes de travail traversé par des flux de matières utilisant ces postes dans un ordre variable d'une gamme à l'autre. Par contre, lorsque les flux de matières utilisent les postes dans un ordre immuable d'une gamme à l'autre, nous parlerons de ligne de fabrication.
Dans les deux cas, chaque gamme n'utilise pas nécessairement tous les postes de travail.
Nous utiliserons la méthode des chaînons pour l'implantation d'un îlot de production et la méthode M.P.M. ou celle des gammes fictives pour l'implantation d'une ligne de fabrication.
L'étude d'une implantation est grandement facilitée si, d'une part, on ne recherche pas une implantation universelle pour toutes les fabrications de l'entreprise et si, d'autre part, on a au préalable classé les gammes opératoires en familles de processus (voir Groupements analogiques page 277).
Ces méthodes d'implantation peuvent être utilisées dans d'autres domaines que l'implantation des machines, par exemple, pour déterminer les positions relatives des différents boutons et voyants d'un pupitre de commande d'un système automatisé, pour déterminer l'architecture d'une GPAO afin de minimiser la longueur des connections, pour implanter les différents services d'une entreprise, etc.

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5. METHODOLOGIE

  1. Inventorier les postes de travail
  2. Collecter les données relatives aux gammes opératoires des pièces à traiter par l'ensemble de ces postes de travail
  3. Appliquer une méthode d'implantation
  4. Tracer l'implantation théorique
  5. Adapter l'implantation théorique aux locaux prévus.

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6. APPLICATIONS

6.1 Exemple IMPLANTATION 1

Implantation d'un îlot de production selon la méthode des chaînons.
L'îlot à implanter comporte sept postes de travail notés de A à G. IL est prévu pour produire une famille de cinq pièces notées de P1 à P5 dont les gammes opératoires sont décrites dans le tableau ci-dessous :

Repère pièce

GAMME

Nombre de lots de transfert par lot de fabrication

10

20

30

40

50

60

P1

A

D

B

E

   

25

P2

F

B

D

A

G

B

43

P3

F

B

D

A

   

15

P4

A

C

B

     

24

P5

A

B

C

D

   

90

Nota : les termes lot de fabrication et lot de transfert sont définis en annexe page 103.

La fréquence des lots de fabrication est identique pour toutes les pièces.
Les lots de transfert d'un poste à l'autre représentent toujours le même fractionnement du lot de fabrication. 

Etapes 1 et 2 : Inventorier les postes de travail
L'inventaire des postes de travail et des gammes opératoires est contenu dans le tableau ci-dessus.

Etape 3 : Appliquer une méthode d'implantation
Comme l'ordre d'utilisation des postes de travail n'est pas identique pour toutes les gammes, nous appliquerons la méthode des chaînons. On appelle chaînon la liaison, quand elle existe, entre deux postes de travail.
La méthodologie est la suivante :

Méthode des chaînons
  1. Tracer la matrice des flux (ou table des chaînons);
  2. Inventorier les chaînons empruntés et déterminer les indices de flux (densité de circulation);
  3. Déterminer le nombre de chaînons pour chaque poste de travail.

ETAPE 3-1 : TRACER LA MATRICE DES FLUX (OU TABLE DES CHAINONS) :

La table des chaînons se présente sous la forme d'une demi matrice dont les lignes et les colonnes désignent les différents postes de travail.
Nous retiendrons la présentation suivante pour laquelle la désignation des lignes et des colonnes se fait en une seule fois par inscription du repère des postes de travail dans les cases de la diagonale limitant la matrice :

Chaque case de la matrice représente un chaînon. Ainsi la case marquée "*" est l'intersection de la ligne E et de la colonne B. Elle représente le chaînon BE ou EB. Le sens de parcours de la liaison n'est pas pris en compte, car il n'est pas nécessaire pour la détermination des positions relatives des postes de travail.

ETAPE 3-2 : INVENTORIER LES CHAINONS EMPRUNTES ET DETERMINER LEUR INDICE DE FLUX :

L'indice de flux représente la fréquentation du chaînon considéré par les lots de transferts. Pour remplir la matrice, il faut reprendre chaque gamme et inscrire, dans chaque case représentant un chaînon emprunté, le nombre de lots de transferts qui y transitent.
Ainsi, pour la gamme de la pièce P1: A - D - B - E, les chaînons concernés sont les chaînons AD, DB et BE. Le nombre de lots de transfert étant de 25, nous inscrivons 25 dans les cases relatives à ces trois chaînons.

Nous remplissons ainsi toutes les cases concernées par l'ensemble des gammes et si un même chaînon est emprunté par plusieurs gammes nous totalisons les indices de flux relatifs à chacune d'elle.
Ainsi, pour le chaînon AD, l'indice total du flux est de 83 qui se décompose de la manière suivante :


+
+
=

indice de flux 25 pour la gamme de P1
indice de flux 43 pour la gamme P2
indice de flux 15 pour la gamme P3
83

La matrice complète est la suivante :

Voici comment lire cette matrice : cette implantation concerne 7 postes A, B, C, D, E, F et G. Ces 7 postes sont reliés entre eux par 10 chaînons correspondant aux 10 cases contenant l'indication d'un indice de flux à savoir les cases AB, AC, AD, AG, BC, BD, BE, BF, BG et CD.
Le flux le plus dense est sur le chaînon BC (114) et le plus faible sur le chaînon AC (24).

ETAPE 3-3 : DETERMINER LE NOMBRE DE CHAINONS POUR CHAQUE POSTE DE TRAVAIL :

Cela consiste à compter le nombre de chaînons partant ou aboutissant à chaque poste. Pour ce faire, on compte le nombre de cases remplies sur la ligne et sur la colonne de chaque poste.
Ainsi, pour le poste C, il y a deux cases remplies sur la ligne C et une case sur la colonne C. Le nombre de chaînons pour ce poste est de 3. On inscrit ce trois dans la case comportant la désignation du poste considéré.
La matrice complète se présente ainsi :

On peut adjoindre un classement par ordre d'importance des postes. Sera considéré comme le plus important, le poste comportant le plus grand nombre de chaînons. Si deux postes comportent un nombre identique de chaînons, on privilégiera les flux les plus importants soit individuellement soit globalement.

Etape 4 : Tracer l'implantation théorique
Pour cette étape, il convient d'utiliser une trame à maille hexagonale et un crayon à mine tendre afin d'affiner l'implantation par touches successives.
L'utilisation d'une maille hexagonale n'est pas la seule possible, mais elle correspond à l'installation de 7 postes de travail reliés entre eux par des chaînons d'égales longueurs.
La méthodologie à appliquer est la suivante :

Méthode des chaînons : tracé de l'implantation théorique
  1. Répéter pour chaque poste et jusqu'au dernier:
  • Sélection du poste (non placé) le plus chargé en chaînons;
  • Choix de son emplacement sur un nœud de la trame;
  • Traçage des chaînons le reliant aux postes déjà en place; et ainsi de suite;
  1. Modifier les positions relatives des postes jusqu'à satisfaction en limitant au maximum les chaînons hors module et les croisements et en rejetant les croisements de chaînons à indice de flux élevé.
  2. Vérifier l'implantation en visualisant, par des traits d'épaisseur proportionnelle à leur indice, les différents flux.

Nota : On appelle chaînon hors module un chaînon n'utilisant pas un tracé de la trame. Un chaînon hors module correspond toujours à un trajet plus long.

ETAPE 4-1 : REPETER :

Première itération :

Deuxième itération :

Nous choisissons un nœud près de B car le chaînon AB existe.

Troisième itération :

Itérations suivantes :
Le tracé ci-dessous est une des solutions possibles.

ETAPE 4-2 : MODIFIER

Les positions relatives des postes de travail jusqu'à satisfaction en limitant au maximum les chaînons hors module et les croisements :
Sur le tracé obtenu à l'étape 4-1, nous constatons l'existence de 3 croisements et de 2 chaînons hors module. Nous pouvons remarquer qu'en intervertissant la position des postes G et C, nous supprimons deux croisements et un chaînon hors module.
Il subsiste un croisement entre les chaînons AC et BD. Vérifions que le chaînon le moins chargé est le chaînon hors module : les indices de flux ont pour valeur 24 pour AC et 83 pour BD. Le chaînon AC est le moins chargé ; il est hors module; il sera non prioritaire. On aurait pu obtenir une autre implantation théorique à un seul croisement en intervertissant à nouveau le poste D avec cette fois le poste C. Le croisement s'effectuerait alors avec les chaînons AD et BC. Est-ce une meilleure solution?

Assurément non, car les indices de circulation sur ces deux chaînons sont respectivement 83 et 114. Le chaînon BC étant le plus chargé de tous, il convient de ne pas le couper avec un autre. Nous nous en tiendrons donc à la solution ci-dessus qui n'est probablement pas la seule.
Enfin, nous présentons une solution sans croisement mais avec trois chaînons hors module. L'absence de croisement peut présenter de l'intérêt dans le cas d'implantation de chariots filoguidés, car les croisements génèrent des coûts en matériel par l'installation de plots de dialogue et en logiciel par application de règles de priorité.

ETAPE 4-3 : VERIFIER L'IMPLANTATION EN TRAÇANT LES DIFFERENTS FLUX :
La vérification consiste à faire apparaître les flux découlant de chaque gamme.

 

Etape 5 : Adapter l'implantation théorique dans les locaux prévus
Il faut utiliser un plan de masse détaillé des locaux et découper des silhouettes des postes de travail à la même échelle.
Il faudra tenir compte de la forme des bâtiments, de l'emplacement des obstacles tels que poteaux de soutien et orienter l'implantation théorique en fonction des ouvertures pour les E/S des matières.

Remarque : Dans le cas où les possibilités d'entrée et sortie (E/S) des matières sont limitées, par exemple lorsqu'il existe qu'une seule entrée possible et une seule sortie possible ou encore lorsque les matières ne peuvent entrer et sortir qu' en un seul point de l'atelier, il est fortement conseillé de considérer ces entrées et sorties comme des postes de travail. Pour l'exemple ci-dessus, en considérant l'un des accès dans l'atelier comme entrée des matières et l'autre comme sortie, les gammes des pièces deviendraient :

Pièce P1 : IN ->A -> D -> B -> E -> OUT
Pièce P2 : IN -> F -> B -> D -> A -> G ->B -> OUT

avec IN = poste d'entrée des matières et OUT poste de sortie des matières. L'étude ferait alors intervenir deux chaînons supplémentaires par gamme correspondant aux passages des matières par l'accès à l'atelier.

6.2 Exemple IMPLANTATION 2 : implantation en ligne de fabrication

Le bureau des méthodes a défini des familles de gammes qui se caractérisent par l'utilisation des mêmes postes de travail. Les familles que nous avons retenues sont au nombre de 6 et nécessitent 7 postes de travail qui interviennent toujours dans le même ordre.

Etape 1 : Inventorier les postes de travail
Les 7 postes disponibles sont repérés de la manière suivante :

F : fraisage
T : taillage
V : vérification
P : perçage
M : mortaisage
R : rectification
D : débit

Etape 2 : Collecter les données relatives aux gammes opératoires
Voici sous forme de tableau ces gammes :

Repère famille

Gamme opératoire

10

20

30

40

50

GU

D

P

R

T

 

GV

F

M

R

T

 

GW

F

P

R

   

GX

D

F

P

V

 

GY

D

F

M

R

V

GZ

D

F

R

T

V

Etape 3 : Appliquer une méthode d'implantation
Deux méthodes peuvent être utilisées : d'une part la méthode des potentiels (voir page 121) et d'autre part la méthode des gammes fictives que nous allons appliquer maintenant.
Son principe est très simple; il s'agit de déterminer la gamme qui utiliserait tous les postes de travail dans l'ordre commun à toutes les gammes. Elle peut être déterminée de différentes manières.
Voici la technique dite de "l'accordéon" qui consiste à partir de l'une des gammes proposées, à lister dans l'ordre de cette gamme les postes puis à intercaler les postes utilisés par les autres gammes.
Nous commençons par la gamme utilisant le plus grand nombre de postes. Dans notre exemple, nous pouvons prendre la gamme de la famille GZ :

GZ : D---------F---------R---------T---------V

Ajoutons maintenant la gamme de la famille GY :

GZ : D---------F---------R---------T---------V
GY : D---------F----M----R-------------------V

Le poste M s'intercale tout naturellement entre les postes F et R. L'accordéon s'allonge :

GZ + GY : D---------F---------M---------R---------T---------V

Ajoutons la gamme de la famille GX :


GX :

D---------F---------M---------R---------T---------V
D---------F----------------------P----------------V

Un nouveau poste apparaît : c'est P. Mais il est impossible de le situer avec précision. Il est situé entre F et V.
Ajoutons une nouvelle gamme, soit GW :

GZ +GY :
GX :
GW :

D---------F---------M---------R---------T---------V
D---------F----------------------P----------------V
----------F---------P---------R

La position de P se précise entre les postes F et R. Mais nous ne connaissons pas sa position par rapport au poste M. 

Ajoutons la gamme de la famille GV :

             

M

                     
  D---------F--------< >--------R---------T---------V

GV :

           

P

                     
  F---------M--------R--------T

Cette gamme n'apporte rien. Voyons la dernière :

             

M

                     
  D---------F--------< >--------R---------T---------V

GU:

           

P

                     
  D---------F---------P---------R---------T

Il n'y a pas de changement. Les positions relatives des postes M et P sont indifférentes. Donc M et P sont au même niveau et la gamme fictive est :

Etape 4 : Tracer l'implantation théorique
La gamme fictive constitue la meilleure implantation théorique. Mais cette implantation ne minimise pas la somme des déplacements entre les postes du fait de la longueur de la ligne. Pour limiter les déplacements on peut donner à la ligne des formes différentes. Nous proposons quatre solutions, la dernière mettant en évidence le principe du regroupement par niveau.
Les postes de la ligne de fabrication pourront être soit :

1°) rangés en ligne stricte

2°) disposés en U

 

La disposition en U est particulièrement recommandée pour une ligne de fabrication dans laquelle les transferts et les transformations des matières se font manuellement. 

3°) alternés le long de la ligne à l'image des chaînes transfert :

4°) regroupés en niveaux.

Notons d'abord que la gamme fictive évite toujours les croisements qui n'apparaîtront que lors de regroupements dont le nombre de niveaux est faible. Illustrons cela en considérant les postes suivants de notre exemple (nous supposerons que tous les chaînons possibles entre ces postes existent):

P ® R ® T ® V ®

Le regroupement en deux niveaux donne :

Les chaînons PT et RV se croisent. Ce croisement a disparu dans tous les regroupements à trois niveaux sauf pour la configuration suivante qui n'est en fait qu'une déformation de la représentation précédente :

Exemples de regroupements à trois niveaux :

 

Le regroupement par niveau se fait par approches successives. Nous obtenons assez facilement l'implantation sans croisement ni retour :

Etape 5 : Adapter l'implantation théorique dans les locaux prévus
A l'aide de l'implantation théorique retenue on pourra, avec un plan de masse des locaux et des maquettes à la même échelle des postes de travail, réaliser l'implantation définitive.

6.3 Exemple IMPLANTATION.3 : méthode Craft

L'entreprise de chaudronnerie COPARE a trouvé en zone industrielle quatre locaux séparés à proximité les uns des autres, de surfaces utiles identiques et de forme rectangulaire. Il s'agit d'y implanter les nouveaux ateliers de découpe laser, d'emboutissage, de soudage et de peinture. Les positions relatives des locaux sont données par le plan de masse ci-joint :

Les distances entre les différents locaux sont indiquées en mètres dans le tableau suivant :

Lecture du tableau : la distance entre les locaux L3 et L4 est de 30 mètres.

 

Etape 1 : Inventorier les postes de travail
Pour simplifier les écritures nous allons désigner chaque atelier par une lettre conformément au tableau suivant :

 Repère

Désignation

A

Découpe laser

B

Emboutissage

C

Soudage

D

Peinture

 

Etape 2 - Collecter les données relatives aux gammes opératoires des pièces à traiter par l'ensemble de ces postes de travail
Nous allons donner ici les indices de flux entre les ateliers. Ces indices traduisent le nombre de transferts moyens entre deux ateliers imposés par la demande journalière.

Lecture du tableau : entre les ateliers C et A, il y a 15 transferts de produits par jour.

Nota: ce tableau ne prend pas en compte les déplacements de produits à l'intérieur de chaque atelier, ni le sens dans lequel les transferts ont lieu. 

Etape 3 : Appliquer une méthode d'implantation
L'objectif recherché est de trouver la meilleure localisation possible pour chaque atelier de manière à limiter au maximum la distance journalière des chariots de manutention. Pour cela, nous allons appliquer la méthode CRAFT qui consiste à rechercher, par itérations successives, une solution meilleure que celle choisie au hasard comme référence.

Méthodologie Craft :
  1. Déterminer un critère de validation des solutions d'implantation
  2. Choisir une implantation de référence
  3. Répéter :.
  • calcul de la valeur du critère pour cette solution
  • échange de l'emplacement de deux centres de production.
  1. Prendre la solution donnant la meilleure valeur du critère comme nouvelle implantation de référence et revenir au 3. Si l'itération n'a pas permis d'améliorer la solution de référence, considérer cette dernière comme solution définitive.

Remarques :

ETAPE 3-1: DETERMINER UN CRITERE DE VALIDATION DES SOLUTIONS D'IMPLANTATION:

Pour notre exemple, le critère est la longueur l journellement parcourue par les chariots de manutention. L'expression générale de l pour une solution est :

lp = S (F ´ D)

avec
F : indice de flux entre deux ateliers
D : distance entre les deux locaux occupés par les deux ateliers

ETAPE 3-2 : CHOISIR UNE IMPLANTATION DE REFERENCE :

Tout naturellement nous allons attribuer le local L1 à l'atelier A, le local L2 à l'atelier B, etc...

Etape 3-3 : REPETER  

Itération 1 :

DEPART :

lpl = 10 + 225 + 50 + 1000 + 150 + 600 = 2035

PREMIERE PERMUTATION :

La valeur du critère pour cette implantation est: lp2 = 1685. Cette valeur est inférieure à celle précédemment calculée, cette solution est donc meilleure.

PERMUTATIONS SUIVANTES :
Nous donnons ci-après les résultats de tous les calculs :

-

L1

L2

L3

L4

Valeur du critère

1er

A

B

C

D

2035

2e

B

A

C

D

1685(meilleure solution)

3e

C

B

A

D

2380

4e

D

B

C

A

1880

5e

A

C

B

D

2215

6e

A

B

D

C

1985

ETAPE 3-4 : SELECTION DE L'IMPLANTATION QUI A LA MEILLEURE VALEUR DU CRITERE.

Rappelons que, dans notre exemple, le critère doit être minimisé. Le tableau précédent donne la deuxième implantation comme solution provisoire. Nous allons entamer l'itération 2 avec cette solution comme implantation de référence : Nous retournons à l'étape 3-3.

ETAPE 3-3' : REPETER

Itération 2 :

Voici les résultats de cette deuxième itération :

-

L1

L2

L3

L4

Valeur du critère

1er

B

A

C

D

1685

2e

A

B

C

D

2035

3e

C

A

B

D

2505

4e

D

A

C

B

1205 (meilleure solution)

5e

B

C

A

D

1740

6e

B

A

D

C

1735

 

Au cours de cette itération le deuxième calcul est une solution que nous avons envisagée à la première itération.

ETAPE 3-4 : SELECTION DE L'IMPLANTATION QUI A LA MEILLEURE VALEUR DE CRITERE:

La valeur du critère est améliorée; elle devient 1205. Nous avons une nouvelle implantation de référence pour une troisième itération. Si nous arrêtons le calcul à ce stade, nous savons que la meilleure solution parmi celles que nous avons envisagées est la nouvelle implantation de référence. Si nous effectuons cette troisième itération, nous trouverons une solution pour laquelle la valeur du critère est de 975. Elle correspond à l'implantation A,D,C,B. La quatrième itération ne permettra pas d'améliorer la valeur du critère. C'est donc la meilleure que nous trouverons en procédant ainsi. C'est également l'implantation optimale. (ici, le nombre de solutions étant de 24, il est aisé de le vérifier). Lorsque le nombre de centres à implanter croît, il est difficile d'envisager toutes les solutions donc de savoir si par cette méthode le résultat obtenu est optimal.

Etape 4 : Tracer l'implantation théorique

Etape 5 : Adapter l'implantation théorique aux locaux prévus.
L'adaptation doit tenir compte de contraintes non prises en compte dans l'étude. Nous en avons déjà citées dans les exemples précédents. Il en existe d'autres :

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7. CONCLUSION

Les méthodes d'implantations décrites aux travers des trois exemples précédents ont pour objectif de simplifier le passage des flux de matières dans une unité de production. L'implantation réelle doit prendre en compte de nombreux autres facteurs comme les surfaces au sol, les charges admissibles sur ces sols, les hauteurs libres sous plafond, les arrivées de fluide, les emplacements des portes, mais également des contraintes de sécurité, d'isolation, d'hygiène etc. Néanmoins les flux de matières sont le facteur prépondérant d'une implantation qu'ils soient appréhendés sous l'angle des distances parcourues, de la fréquence ou du coût de transport. On doit constater qu'il n'existe pas, à ce jour, de solutions formelles.

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8. POUR ALLER PLUS LOIN

Ces ouvrages proposent une méthode de classement par niveau des postes de la gamme fictive. Les résultats obtenus sont toujours très approximatifs bien que les règles de regroupement divergent d'un ouvrage à l'autre.

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SH & MP le 09/06/99