Les modèles en boucle fermée (Kanban et autres)

Les modèles en boucle fermée

Les modèles en boucle fermés on pour but de limiter en Hardware le volume d'encours dans l'atelier. Deux grandes méthodes : le Kanban (qui est simultanément un mode de déclenchement de la demande et de contrôle de l'encours) et le CONWIP (CONStant Work In Process) qui est purement un système de limitation de flux et doit être utilisé avec une autre méthode de déclenchement (Flux poussé ou Knaban).
Une méthode plus rare, EPEI est cité dans la littérature.

Kanban

Principe

Les produits sont mis dans des contenants (caisse, container, etc.) avec une étiquette Kanban (Kanban signifie étiquette). Lorsqu'un contenant est entamé, on prélève l'étiquette Kanban du contenant qui est alors disponible pour être réapprovisionné (produit, approvisionné ou acheté selon les cas). Seul le contenant entamé peut n'avoir aucune étiquette.
Pour chaque produit fabriqué, on détermine donc le nombre de Kanbans requis. Le nombre d'étiquettes correspond au nombre maximum de contenants (moins un si il y a un contenant entamé)que l'on peut gérer. Pour fabriquer un lot de produits, il faut disposer d'une ou plusieurs étiquettes (correspondant à autant de produits déjà consommés). Lors de la mise en fabrication, on associe un Kanban par contenant de produits. Lorsque le lot de produits est fini, on dépose le (ou les contenants) produit(s) avec leur(s) étiquette(s) dans le lieu de consommation. Lorsque le premier produit de ce lot est consommé, on retire le Kanban de la caisse et on peu commencer à produire le lot suivant.



Figure 6


Il y a deux types de Kanban :

  • Kanban classique: les containers ont un volume connu, on en cherche le nombre d'étiquettes.
  • Kanban à deux containers seulement, on cherche le volume du container.

Kanban classique, recherche du nombre d'étiquettes

Le nombre NF d'étiquettes (nombre de Kanbans, nombre total de containers) se calcule en fonction de trois paramètres :

  • la demande journalière (en produits): D
  • le volume du container: K
  • le temps de réaction : C

[math]N_F=\displaystyle\frac {D}{K}C[/math]

Le temps de réaction inclut :

  • la cueillette des Kanbans (temps entre la libération de l'étiquette sur le lieu de consommation et sa prise en compte au lieu de production). Souvent, la cueillette se fait à une fréquence donnée, donc cette durée est bornée,
  • le délai de mise en production (attente de la libération de la machine, réglage, etc.)
  • la durée de production elle-même,
  • le temps de retour entre le lieu de production et le lieu de consommation.

On peut multiplier cette valeur par un coefficient [math](1+\beta)[/math] ou [math]\beta[/math] représente un coefficient de sécurité.


[math]N_F=(1+\beta) \displaystyle\frac {D}{K}C[/math]


Notons que le principe KANBAN s'inscrit dans une mouvance d'amélioration continue caractérisant la méthode TOYOTA. Le nombre de Kanbans est donc une valeur initiale qu'il convient de diminuer au fur et à mesure des améliorations. Le but est de diminuer petit à petit ce nombre.

Le nombre de Kanbans doit-il évoluer si la demande augmente ? On pourrait penser que si la demande augmente, il faut augmenter le nombre de Kanbans. Les adeptes de la méthode Toyota refusaient de changer ce nombre, arguant que c'est au niveau de la planification qu'il faut agir : si la demande anticipée augmente, on doit augmenter les ressources au point que le temps de réponse diminue d'autant.

Exemple:

Soit une demande journalière moyenne de 48 produits (sur une base de 8 heures par jour), un container de 4 produits et un délai de mise à disposition de 2 heures (en l'occurrence 0.25 jour). Le nombre de Kanbans est donc de

[math]N_F= 48/4\times 0.25 = 3 [/math]

Kanban à deux contenants

Dans ce cas, il y a deux contenants A et B. Lorsqu’un contenant est vide (le A par exemple), on entame le second (donc le B) et on demande un approvisionnement simultanément du premier. L'approvisionnement du contenant demandé (le A) doit donc arriver au moment (un peu avant si possible) où le second (le B donc) est vide.

Le volume d'un contenant doit donc couvrir la demande pendant le temps de réaction du système.

[math]K=D\times C[/math]


D (demande par unité de temps) et C (temps de réaction) sont exprimés dans la même unité de temps.

Exemple:

Soit un restaurant de restauration rapide qui sert 5 portions de frittes à la minute, et il faut 5 minutes pour faire un panier de frittes. On fonctionne avec deux paniers. Chaque panier doit donc contenir :

[math]K= 5\times 5= 25 \text{ portions de frittes} [/math]

Kanban avec lots de fabrication

Lorsque les produits ne sont pas fabriqués dès que la demande arrive mais par lots (dits un peu rapidement lots économiques), il faut plus de Kanbans car le temps de réaction augmente. Les nouveaux paramètres sont :

  • q : taille du lot de fabrication (en produits)
  • q/k: nombre de containers nécessaires pour commencer la fabrication

Un container arrivant (le premier) doit attendre q/k-1 containers pour que la fabrication commence. C'est donc la valeur à ajouter et le nouveau nombre de container est :


[math]N_F=\displaystyle\frac {D}{K}C + \left(\displaystyle\frac {Q}{K}-1 \right)[/math]

On peut vérifier cette valeur en utilisant un nouveau temps de réaction C’ incluant la durée de consommation des q/k-1 containers qui constituent le lot (avec le premier container).

[math]C'= C + \displaystyle\frac {\left( \displaystyle\frac {Q}{K}-1 \right)\times K }{D} [/math]


[math]N_F= C'\displaystyle\frac {D}{K} =\displaystyle\frac {D} {K} \left( C + \displaystyle\frac {\Bigl(\displaystyle\frac {Q}{K}-1 \Bigr)\times K }{D} \right) = \displaystyle\frac {D}{K} C + \left(\displaystyle\frac {Q}{K}-1 \right) [/math]

Règles de fonctionnement et limites

Les principales règles à respecter lorsqu’on utilise un Kanban sont :

  • Aucune fabrication ne peut se faire sans une étiquette Kanban,
  • Les contenants doivent être consommés dans l'ordre et ne pas être tous entamés en même temps,
  • On ne doit pas avoir de problème de qualité.

En effet, comme pour tous les systèmes de flux tiré, le niveau de stock est bas et le moindre problème de qualité entraine une rupture de stock.

Il y a plusieurs limites au fonctionnement du Kanban :

  • Il est difficile de faire de la traçabilité. En effet, l'absence d'ordre de fabrication formel (c'est l'étiquette Kanban qui sert de déclencheur de la mise en fabrication) ne permet pas d'attacher les caractéristiques de la production (lots de matière première, opérateurs, etc.) à un ordre,
  • En cas de ressources partagées, le temps d'attente peut s'avérer long. De plus, si plusieurs Kanbans (correspondant à des produits différents) sont libres simultanément, il faut une règle d'arbitrage. Le plus souvent, on utilise un tableau Kanban. Voir la fiche Tableau Kanban dans la section Fiches Techniques.

Une autre caractéristique du KANBAN est que son stockage physique demande souvent de réserver un emplacement pour tous les KANBANS : on réserve l'espace maximum. Comme il est borné, il est assez facile de le faire. Soit on utilise des emplacements marqués au sol (gros équipements), soit on utilise un stockage dynamique pour garantir un accès FIFO aux objets et l'utilisation séquentiel des contenants.

Une place pour chaque chose, chaque chose à sa place

Kanban multiproduits

Lorsque plusieurs produits sont fabriqués par la même cellule de production, il y a une boucle Kanban par produit. Évidement, l’accès à la ressource devient plus difficile et le temps de réaction C peut se trouver considérablement augmenté.

Notons aussi qu’en cas d’atelier plus complexe, si tous les produits demandent simultanément une production, l’encours de l’atelier peut augmenter en créant un engorgement. En effet, sur chaque boucle Kanban l’encours est limité, mais les boucles ne sont pas synchronisées.

Lorsque le même atelier est utilisé pour plusieurs boucles Kanban, on utilise un tableau Kanban (voir la fiche Tableau Kanban dans la section Fiches Techniques).

Plusieurs extensions simples ont été faites. Les Kanbans de transfert (voir la fiche Kanban de Transfert dans la section Fiches Techniques) et les Conwip.


Figure 7


Un bon exemple de Kanban à deux cartes
Un bon exemple de Kanban à deux cartes et e-kanban
Un bon exemple de Kanban avec communication RFID

Conwip

Domaine d'application

Le CONWIP est un outil servant au contrôle de la production d'un atelier déterminé. Il permet de limiter de manière stricte le nombre de produits simultanément présents dans l'atelier. C'est un système de contrôle par boucle fermée. Il faut attendre une sortie de pièce pour avoir l'autorisation d'en commencer une autre.

Principe de base

On détermine a priori le nombre maximum de produits en encours de fabrication (Work In Process). On dispose de ce nombre de CONWIP (cartons, étiquettes, autorisations, peu importe la dénomination). Pour qu'un produit puisse être lancé en production, il faut lui associer un CONWIP libre. Le CONWIP accompagnera le produit tout au long de la production et sera libéré dès que le produit est terminé (sort de l'atelier).

Les demandes qu’on ne peut pas fabriquer (produits qu’on souhaite fabriquer mais qui ne disposent pas encore de CONWIP) sont virtuellement stockées dans une liste d'attente (Backlog). Cette liste est généralement gérée en FIFO, mais on peut la gérer différemment.

Par construction, un CONWIP est utilisé dans un contexte mixte de flux poussé/ flux tiré. Les ordres de fabrications sont générés par un système de type MRP ou autre. Ils sont envoyés dans l'atelier, mais ils sont bloqués (ils restent en attente d'un CONWIP).

Le CONWIP n'est pas un flux tiré à proprement parlé puisque c'est la fin d'une production qui génère la mise en fabrication d'une demande en attente.

Domaine d'utilisation

Pour que le CONWIP ait un sens, puisque toutes les pièces utilisent la même "étiquette", il faut que la charge induite par chaque pièce soit plus ou moins la même. Il ne faut pas forcément que l'atelier soit une ligne, ni que chaque pièce ait la même gamme, mais il vaut mieux que le volume de travail soit comparable.


Figure 8

CONWIP versus KANBAN

Il existe plusieurs différences importantes entre le CONWIP et le KANBAN:

  • Le kanban est associé à un produit donné, le CONWIP est commun à tous les produits,
  • Le kanban est souvent lié à un seul moyen de production alors que le CONWIP englobe un atelier complet,
  • Le kanban est réutilisable lorsque la pièce est consommée, le Conwip est réutilisable lorsque la pièce est fabriquée.

De fait, ces méthodes sont assez différentes.

Extension

La première extension du CONWIP consiste à disposer de plusieurs CONWIPs, un par produit ou un par famille de produit. Si on fonctionne par famille de produit, on doit réunir dans une même famille l'ensemble des produits ayant un temps de production comparable.

EPEI (Every Part Every Interval)

Cette méthode consiste à utiliser un ordonnancement cyclique des produits à fabriquer, en calculant la taille des lots en fonction du temps disponible pour les réglages:
http://leanmath.com/blog/2013/05/14/every-part-every-interval-epei/
http://www.allaboutlean.com/epei-pattern-leveling/

Références

http://web.mit.edu/manuf-sys/www/amb.summary.html

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1 Les fiches techniques sur http://www.free-logistics.com/index.php/fr/ sont intéressantes.