Habilitation à Diriger des Recherches: Amélioration de performance des systèmes de production: apport des algorithmes évolutionnistes aux problèmes d’ordonnancement cycliques et flexibles

Ce mémoire traite de l’amélioration de performance des systèmes de production discrets au niveauopérationnel selon deux points de vue complémentaires.Le premier concerne les problèmes rencontrés dans les applications réelles du domaine industriel. Lacaractéristique essentielle de ces systèmes est leur complexité qui rend difficile la modélisation et l’optimisationpar des approches analytiques. Sur ce plan, l’apport de notre travail réside dans l’intérêt d’une approchecombinant de multiples méthodes de résolution pour l’aide à l’amélioration de performance de ces systèmes. Ils’agit de la mise oeuvre des outils et concepts de la simulation des systèmes à événements discrets associés auxoutils d’analyse systématique que sont les plans d’expériences, pour l’aide à l’analyse des performances dusystème. Il s’agit également du couplage de cette approche de la simulation avec des méthodes d’optimisationméta-heuristiques développées en recherche opérationnelle pour l’amélioration de performance du système.Cette combinaison de méthodes de résolution se révèle un moyen efficace de pallier la difficulté du problèmeénoncé et d’apporter des solutions efficaces.Le second point de vue abordé dans ce travail concerne le domaine plus académique des problèmesd’ordonnancement et plus particulièrement les problèmes de nature cyclique et flexible. La contribution dumémoire porte sur l’exploitation du concept des algorithmes évolutionnistes pour la résolution de ces problèmes.Le paradigme des algorithmes évolutionnistes ou évolutifs s’inspire du processus de l’évolution naturelle. Il estapparu que les méthodes d’optimisation approchées en général et évolutionnistes en particulier n’ont été que trèspeu mises en oeuvre pour la résolution de ces deux catégories de problèmes d’ordonnancement dont lacomplexité est de manière générale de type NP-difficile. L’idée développée à travers nos travaux est de montrerle potentiel de ces algorithmes pour la résolution des problèmes cycliques et flexibles et donc d’étendre leurdomaine de résolution qui était jusqu’alors essentiellement restreint aux problèmes d’ordonnancement standards,non cycliques.L’organisation du mémoire correspond aux deux points de vue mentionnés ci-dessus et comporte deuxparties principales.La première partie propose une méthode générale d’amélioration de performance des systèmes deproduction qui est constituée de deux étapes. La première étape est centrée sur l’évaluation de performance dusystème en utilisant les plans d’expérience dans le contexte de la simulation des systèmes à événements discrets.La seconde étape aborde la mise en oeuvre de méthodes méta-heuristiques pour l’amélioration de performance.Ces travaux ont été validés sur une ligne de production de grande série du secteur automobile.La seconde partie de ce mémoire aborde la résolution de problèmes d’ordonnancement par les méthodesévolutionnistes. Cette partie se décompose plus précisément en six chapitres dont les deux premiers concernentun état de l’art des domaines que nous abordons: dans un premier temps un aperçu du domaine vaste del’ordonnancement est donné en insistant plus particulièrement sur les problèmes cycliques puis dans undeuxième temps, une présentation des méthodes évolutionnistes est proposée en se focalisant sur l’application dece concept au domaine particulier de l’ordonnancement. Les trois chapitres suivants abordent la résolution parles algorithmes génétiques de problèmes d’ordonnancement dans le domaine cyclique ou flexible. Le troisièmechapitre propose une méthode de modélisation par réseaux de Petri et une résolution approchée du job shopcyclique linéaire. Le quatrième chapitre décrit une méthode de résolution des problèmes d’ordonnancement enproduction flexible manufacturière. Enfin, le cinquième chapitre présente une méthode de résolution du job shopflexible multicritère. Finalement, nous présentons un ensemble de perspectives de ces travaux de recherche quiportent sur les trois types de problématiques d’ordonnancement étudiés ainsi que sur les problèmes de transportet notamment les problèmes de routage de véhicules