Université libre de Bruxelles Faculté des Sciences appliquées Systèmes flexibles de production GESTION DES STOCKS ET DE LA PRODUCTION

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Université libre de Bruxelles Faculté des Sciences appliquées Systèmes flexibles de production GESTION DES STOCKS ET DE LA PRODUCTION Cours GEST 075 P. GASPART Table des matières. 1. Introduction 1.1.
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Université libre de Bruxelles Faculté des Sciences appliquées Systèmes flexibles de production GESTION DES STOCKS ET DE LA PRODUCTION Cours GEST 075 P. GASPART Table des matières. 1. Introduction 1.1. Buts poursuivis 1.2. Contexte actuel 1.3. Stratégie de produit 1.4. Stratégie de procédé 1.5. Structure des produits 1.6. Typologie et profil des entreprises 1.7. Horizons de planification 2. La gestion des stocks 2.1. Introduction 2.2. Notion de quantité économique 2.3. Notion de stock de sécurité 2.4. Classification ABC 2.5. Politiques de gestion La méthode de réapprovisionnement La méthode de recomplètement La méthode du point de commande La méthode à quantités et dates variables 3. MRP II (Manufacturing Resources Planning) 3.1. Contexte et motivation 3.2. Architecture générale 3.3. La stratégie industrielle 3.4. La planification des produits et des ventes Le plan industriel et commercial (PIC) 3.6. Le business plan (plan financier) 3.7. Le programme directeur (PD) et le programme directeur de production (PDP) 3.8. Le calcul des besoins (MRP I) Notion de nomenclature Méthode de calcul Calcul et suivi des charges détaillées Extension au cas du Make-To-Order 4. Nouvelles approches 4.1. Introduction Méthode classique Approche JIT Théorie des contraintes 4.2. Théorie des contraintes Les étapes de la démarche La planification drum-buffer-rope 2 Les indicateurs de performance 4.3. JIT (Just In Time) Philosophie La méthode KANBAN 5. Ordonnancement et gestion des flux physiques 5.1. Introduction 5.2. Gestion de flow shops (batch) 5.3. Gestion de job shops But poursuivi Formalisme de Gantt Règles de priorité Taille des files d attente Gestion des entrées-sorties 5.4. Gestion de projets (la méthode PERT /CPM) Introduction Durée des activités Notion de chemin critique Ordonnancement à durée minimum Ordonnancement à coût minimum 6. Maintenance et qualité totales 6.1. Introduction 6.2. Contrôle de qualité Considérations statistiques Acceptation par échantillonnage Statistical Process Control (SPC) Mistake Proofing 6.3. Maintenance 7. Bibliographie 3 1 Introduction 1.1 Buts poursuivis La gestion des stocks et de la production (Production and Inventory Management) a pour objectif la conception, la conduite ainsi que la supervision des systèmes de production et de distribution. Le cours se focalise essentiellement sur la conduite et l exploitation de tels systèmes; les thèmes abordés concernent donc la planification, l exécution et le suivi de la production. 1.2 Contexte actuel Dans le contexte industriel actuel, l'offre est largement excédentaire par rapport à la demande et, par conséquent, la clientèle est de plus en plus exigeante. Ceci implique pour l'entreprise: - la maîtrise des coûts grâce à un suivi précis de la production; - la réduction des coûts par la réorganisation ou l'élimination des procédures coûteuses n'apportant que peu de valeur ajoutée, par la minimisation des en-cours et des stocks; - des délais de livraisons courts et fiables; - une qualité constante et irréprochable; - de petites séries de produits personnalisés et fréquemment renouvelés; 1 - une grande adaptativité face aux évolutions de plus en plus rapides de la demande et à l'émergence de nouvelles technologies. Certaines de ces exigences sont contradictoires; la gestion des stocks et de la production a pour but d'assurer une cohérence globale en effectuant les arbitrages nécessaires. 1.3 Stratégie de produit Les facteurs déterminant la stratégie produit sont les suivants : - le lead time de la production, c est-à-dire le temps nécessaire à l exécution d une commande; - le délai acceptable par le marché; - le degré de personnalisation souhaitée pour les produits. Les stratégies produit fondamentales sont : - MTS (Make To Stock) qui correspond à la production de produits standards pour lesquels le marché impose une disponibilité immédiate (ex: les boites de petits pois); - ATO (Assemble To Order) qui concerne des produits comportant de nombreuses variantes (qu on ne peut, par conséquent, pas maintenir en stock) assemblées à partir de sousensembles standards en nombre limité; les sous-ensembles sont en général produits en MTS tandis que les produits finaux sont assemblés sur commande (ex: automobiles); - MTO ou ETO (Make To Order ou Engineer To Order) où les produits fortement personnalisés sont construits sur commande (ex: maisons). 1 La durée de vie des produits devient, de plus en plus fréquemment, inférieure à la durée de vie des équipements de production. Il est, donc, indispensable de concevoir ces équipements en sorte de pouvoir les réutiliser pour d'autres productions; leur flexibilité et leur programmabilité prend, dans ce cadre, toute son importance stratégique. 4 La stratégie MTO est la plus favorable pour le producteur dans la mesure où elle n impose, le cas échéant, que le stockage de matières premières beaucoup moins coûteuses que les produits finis. Le recours à une telle stratégie n est possible que si l entreprise réussit à réduire son lead time à une valeur inférieure au délai accepté par le marché. 1.4 Stratégie de procédé Trois stratégies au niveau du procédé de fabrication sont à prendre en considération : - flow shop qui organise les équipements de production en fonction des produits (product layout); chaque équipement ne fabrique qu un produit (ou une famille de produits) et est intégré à une ligne de production dédicacée à ce produit (ou cette famille de produits) (ex: assemblage automobile); la conception d un flow shop implique le regroupement d opérations au sein de stations de travail installées en ligne et l équilibrage 2 de la ligne; - job shop où les équipements de production sont groupés fonctionnellement (functional layout) en départements (fraisage, soudage, assemblage,..); le job shop est capable de fabriquer un gamme étendue de produits qui, en lots, suivent un chemin spécifique dans l atelier (ex: chaudières industrielles); - fixed site qui correspond au cas où le volumineux produit fabriqué est fixe tandis que les équipements de production viennent à lui (ex: construction navale). 1.5 Structure des produits On distingue les structures suivantes : - structure convergente où les produits finis en variété limitée sont assemblés au départ d un nombre important de composants eux-même usinés ou formés à partir de matières premières très variées (ex: moniteurs de télévision); - structure à points de regroupement qui concerne le cas où les produits finis et les matières premières sont en nombre important tandis qu il n existe qu un nombre limité de sousensembles intermédiaires (ex: automobiles); - structure divergente qui correspond à un nombre restreint de matières premières et à une abondance de produits finis (ex: pièces estampées). La figure 1.1 résume ces trois structures fondamentales. 2 L équilibrage d une ligne consiste à égaliser, par un groupement adéquat des opérations de production respectant les contraintes de précédence éventuelles, le temps opératoire de chaque station. Ce temps opératoire commun, appelé temps de cycle, est le temps nécessaire à la production d un produit. 5 Degré de Structure finition des articles convergente à points de regroupement divergente Figure 1.1 Nombre d articles 1.6 Typologie et profil des entreprises Par profil d'entreprise, on entend généralement le 5-uple suivant : - volume de production : unitaire ou petite série ou moyenne série ou grande série; - procédé de production : continuous/repetitive flow shop ou job shop ou fixed site (par projet); - stratégie de produit : make-to-stock ou assemble-to-order ou make-to-order 3 - structure des produits : convergente ou divergente ou à points de regroupement ou parallèle - autonomie : concepteur-fabricant ou sous-traitant ou façonnier Il faut, encore, faire deux remarques: - chaque stratégie de produit nécessite un stockage spécifique ( cf figure 1.2). 3 Le choix de la stratégie dépend du temps nécessaire à la fabrication, du délai de livraison acceptable par le marché et du degré de personnalisation exigé. 6 Make-To-Stock Assemble-To-Order Make-To-Order Produits finis Sous-ensembles Matières premières Sous-ensembles Matières premières Matières premières Figure 1.2 Une entreprise a toujours intérêt à diminuer la valeur de ses stocks. Pour ce faire, elle doit tenter de migrer d'une stratégie Make-To-Stock vers Assemble-To-Order ou même Make-To-Order en comprimant au maximum son délai de fabrication. - la quantité et la variété produites mettent en relation les stratégies produit et les procédés de production ( cf figure 1.3) Flow shop Job shop Fixed site Make-To-Stock Assemble-To-Order Make-To-Order High volume High volume Standard to low variety Low to medium variety Low volume High variety Unitary Very high variety Figure Horizons de planification La terminologie utilisée pour ce qui concerne la planification de la production est la suivante : - long terme : supérieur au délai d acquisition de nouveaux équipements et sites de production (ex: plan industriel et commercial); - moyen terme : supérieur au plus long lead time (ex: programme directeur de production, calcul des besoins); - court terme : minute, heure, pause (8 heures), au plus semaine. 7 2 La gestion des stocks 2.1 Introduction Le succès d'une organisation est déterminé, entre autres, par sa capacité de proposer le bon produit (ou service) au bon moment et au bon endroit. Un stockage intelligent contribue de manière décisive à cet objectif stratégique. On distingue, en général, différents types de stockage : - stocks de produits finis; - stocks d'entrants de fabrication (matières premières, pièces sous-traitées); - stocks de pièces de rechange et de produits pour la maintenance des équipements de production; - stocks d'outillages et d'accessoires; - en-cours. Rôles positifs : - lissage de la production dans les cas nombreux où la demande subit des variations saisonnières; - robustesse par rapport à des indisponibilités de ressources de production; - réduction des délais de mise à disposition (dans le cas des stocks de produits finis). Inconvénients : - rigidification de la production - immobilisation de moyens financiers importants (ils peuvent représenter 25 à 30 % du capital immobilisé) - utilisation d'espace - occultation d'insuffisances graves en matière de prévision et de gestion. Vu l'investissement considérable et improductif que constituent les stocks, il est impératif, pour toute entreprise, de tenter de les minimiser. Cette minimisation très souhaitable implique : - la diminution drastique (voire la disparition ) des pannes de ressources; ceci explique l'intérêt de plus en plus grand accordé aux problèmes de maintenance; - l'élimination des rebuts; ceci justifie l'importance stratégique de la philosophie qualité dans l'entreprise; - la réduction de la taille des lots de fabrication; ceci requiert des temps et coûts de changement de série (set up) aussi faibles que possible. 2.2 Notion de quantité économique Le but de la gestion de stocks est de les minimiser en respectant un niveau de service donné. Le niveau de service est quantifié par la probabilité de rupture. Si e (t) et s (t) représentent les débits d' entrée et de sortie d'un stock donné, le contenu instantané dudit stock correspond à : 8 c (t) = t 0 ( e (t) - s (t) ) dt + c (0) Dans le cas un peu idéalisé d'une fonction s (t) constante et d une réception instantanée, on obtient l'évolution de la figure 2.1 : c (t) Q 0 T 2T 3T t avec (réception instantanée) e (t) = Q pour t = nt e (t) = 0 pour t nt Figure 2.1 Le stock moyen est, donc, égal à Q/2. Simplement minimiser ce stock moyen, et donc Q, n'est pas une bonne idée dans la mesure où le lancement d'un ordre d'achat ou d'un ordre de fabrication entraîne des coûts fixes ( non proportionnels ). Le calcul de la quantité optimale ( dite économique ) se fait en minimisant la somme du coût de stockage et du coût de lancement sur une base annuelle, par exemple. Ce coût global est donné par: C = C stockage + C lancement 4 avec C stockage = p a Q/2 où p = taux de possession annuel tenant compte de l'intérêt du capital immobilisé, de la déterioration éventuelle, des obsolescences et des frais divers ( loyer, assurances, manutentions, taxes,...); p peut valoir jusqu'à 30%. a = prix de l'article 5 4 En toute généralité, ce coût global devrait comporter un terme relatif aux ruptures de stock. Ce terme (correspondant à des mécontentements voire des pertes de clients) est toutefois difficilement quantifiable. 5 Article est un vocable général qui désigne tant un produit fini qu'un composant ou une matière première. 9 et C lancement = L N/Q où L = coût de lancement d'un ordre d'achat (écriture d'un bon de commande, préparation de spécifications, suivi et relance, traitement de factures, payement) ou de fabrication (setup, rebut de début de série). N = nombre d'articles commandés ou fabriqués par an. L'équation C/ Q = 0 nous donne la formule dite de Wilson : Q e = 2NL / pa Cette formule suppose, entre autres, que les coûts de lancement sont purement fixes et que le prix de l'article est indépendant des quantités achetées ou fabriquées. L hypothèse de réception instantanée est tout-à-fait justifiée dans le cas d un ordre d achat. Si l article est produit intra muros (cas d un ordre de fabrication), la réception ne sera probablement pas instantanée. L évolution du stock se présente alors comme indiqué à la figure 2.2. Stock Q Q TP TC Temps TC : période de consommation; TP : période de production; PR : rythme de production = Q/TP; CO : débit de consommation = Q/TC. Figure 2.2 C = LN/Q + paq /2 avec Q /Q = (TC - TP)/TC = (1 TP/TC). 10 On déduit que : Q = Q (1 CO/PR). Il vient : C = LN/Q + paq (1-CO/PR)/2. L'équation C/ Q = 0 nous donne : Q = 2LN /( pa(1 CO / PR)) 2.3 Notion de stock de sécurité Le stock de sécurité permet d'absorber l'imprévisible et, par conséquent, d'éviter la rupture de stock. On peut, donc, considérer que le paragraphe précédent s'applique au stock disponible ( stock physique - stock de sécurité ) et non au stock physique. 2.4 Classification ABC Cette analyse très classique permet de focaliser l attention des gestionnaires sur les articles vitaux et de moduler la politique de gestion en fonction du caractère plus ou moins stratégique des divers articles en stock. Sont classés A, les 20% d articles du stock qui correspondent aux valeurs annuelles (an) les plus grandes. Sont classés B, les 40% d articles qui suivent. Les 40% subsistants sont classés C. Il arrive fréquemment que les articles A correspondent à 80% de la valeur annuelle totale. Il va de soi que la plus grande attention doit être dévolue à cette catégorie d articles. 2.5 Politiques de gestion On peut imaginer diverses politiques de gestion. De la plus triviale à la plus sophistiquée, on trouve les méthodes suivantes La méthode de réapprovisionnement ( dates fixes, quantités fixes ) Ce type de contrat prévoit de commander à date fixe ( par exemple le 20 de chaque mois pour un article donné ) une quantité fixe dudit article ( voisine de la quantité économique ). Il est évident qu'on étale dans le temps les ordres d'achat ou de fabrication correspondant à l'ensemble des articles La méthode de recomplètement ( dates fixes, quantités variables ) A date fixe ( par exemple le 20 de chaque mois ), le responsable du stock lance un ordre visant à ramener le stock d'un article à son niveau maximum. A nouveau, les ordres correspondant à 11 l'ensemble des articles sont étalés dans le temps. Un des inconvénients est que l'on est amené, à certains moments, à lancer des ordres pour des quantités très différentes de la quantité économique La méthode du point de commande ( dates variables, quantités fixes ) C'est l'atteinte d'un certain niveau de stock (le point de commande ) qui déclenche l'ordre d'achat ou de fabrication. Le point de commande est le niveau de stock nécessaire à la couverture des besoins ( sans entamer le stock de sécurité ) entre le lancement de l'ordre et la réception correspondante (cf figure 2.3 ). La quantité commandée est la quantité économique. Stock Point de comm. Stock de sécurité Lancement de l'ordre Réception Temps Figure 2.3 Le point de commande PC est donc donné par : PC = SS + Cmoy*LTmoy où SS : stock de sécurité; Cmoy : consommation moyenne; LTmoy : lead time moyen pour la réception de l article acheté ou fabriqué. Il existe classiquement deux approches pour la détermination du stock de sécurité Approche statistique C (consommation de l article) peut être considérée comme une variable normale de moyenne Cmoy et d écart-type Csd. On a : QC = C*LTmoy où QC est la quantité consommée pendant LTmoy. Considérons la variable normale réduite Créd = ( C Cmoy)/Csd. Dans le cas d un niveau de service exigé de 0.95 (probabilité de ne pas avoir de rupture de stock pour l article considéré), il vient : P(QC PC) = Si P (Créd 1.65) = 0.95, on en déduit : P(C Cmoy *Csd) = 0.95, P(QC (Cmoy *Csd)*LTmoy ) = 0.95 et PC = (Cmoy *Csd)*LTmoy; cela correspond au stock de sécurité : SS = 1.65*Csd*LTmoy Approche géométrique On se place volontairement dans le cas le plus défavorable. QC = Cmax*LTmax; QC = PC correspond au stock de sécurité : SS = Cmax*LTmax Cmoy*LTmoy. La figure 2.4 montre l'évolution d'un stock gouverné par une méthode de point de commande. - Unité de temps : la semaine - Taille des lots : Délai : 2 - Stock de sécurité : Consommation moyenne : Point de commande : 850 Les données du calcul sont en grisé. S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 Sorties Stock Réception Lancement Figure La méthode à quantités et dates variables Cette méthode, qui requiert une attention permanente, ne s'utilise que pour des articles coûteux. 13 3 MRP (Manufacturing Resources Planning ) 3.1 Contexte et motivation Il est parfaitement concevable de gérer un environnement productif par les stocks correspondants. La figure 3.1 présente un cas de ce genre, où les lancements sonf faits conformément à la méthode du point de commande. Demande Stock matières premières Transformation Stock composants et sous-ensembles Assemblage Stock produits finis Lancement des ordres Lancement des ordres Lancement des ordres d'achat de transformation d'assemblage Figure 3.1 L'avantage majeur de cette approche est sa simplicité; elle présente, néanmoins l'inconvénient de n'être acceptable que pour les stocks de produits finis et d'être très sous-optimale pour tous les autres stocks. Un stockage important et inutile de sous-ensembles, composants et matières premières est la conséquence la plus négative que l'on puisse mettre en évidence. La figure 3.2 présente l'évolution des stocks d'un produit fini et d'un de ses composants. 14 Stock de produit fini Point de commande Stock de composant Stock de sécurité Temps Point de commande Stock de sécurité Temps Figure 3.2 On remarque que le stock de composant est dormant à son niveau maximum, entre deux lancements du parent. On a représenté en grisé le stockage inutile. Ce phénomène s'accentue pour les composants plus élémentaires. De plus, la gestion de stock ne tient pas compte du délai de fabrication des composants intervenant dans l'assemblage d'un produit, par exemple; les ordres correspondant au composant lent et au composant rapide seront lancés en même temps. Ceci aggrave, encore, la situation de stock du composant rapide. Afin d'éviter ces phénomènes, on peut imaginer, connaissant le temps moyen passé par les articles sur chaque ressource de production ainsi que de la structure des produits, de prévoir les lancements des divers ordres de sorte que tout soit disponible, sans avance et sans retard, au moment voulu. Pour ce faire, il faut prendre en considération : les besoins indépendants ( commandes clients de produits finis et de sous-ensembles ou de pièces de rechange); ces besoins peuvent être prévus et doivent être estimés. les besoins dépendants ( engendrés par les besoins indépendants ) qui peuvent et doivent être calculés; ce calcul peut se faire grâce à la connaissance de la structure
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