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Sur les systèmes logistiques
La notion de système ou de chaîne logistique remonte au début des années 50 où le concept de la logistique était limité au domaine militaire. Depuis le 18ème siècle, la lo-gistique fut appliquée dans le milieu industriel pour la manutention et le transport des marchandises [Journet (1997)]. En effet, Archimède était le premier scientifique qui a évo-qué le problème de la logistique, en cherchant à optimiser le déplacement des troupes de masses énormes d’infanterie, d’éléphants et de cavalerie. Ce concept n’a cessé d’évoluer, en recouvrant aussi bien les opérations d’achat et d’approvisionnement, que les fonctions de gestion commerciale et de distribution. Cette évolution s’est naturellement accompagnée de différentes définitions des systèmes et chaînes logistiques. Notre analyse de cette littérature montre qu’un système logistique se définit par le proces-sus d’obtention d’un produit fini ainsi que les différents acteurs en charge de ce processus. En effet, selon le « SCC » 1, un système logistique peut être défini comme étant « la suite des étapes de production et de distribution d’un produit depuis les fournisseurs des four-nisseurs du producteur jusqu’aux clients de ses clients ». Cette définition met en avant le produit, de telle façon que le système logistique est perçu comme une succession de processus assurant les fonctions d’approvisionnement en matières premières, de transfor-mation de ces matières en composants et produits finis, et de distribution de ces produits vers les clients finaux, sans distinction notable entre les entités en charge de ces opérations [Lee et Billington (1993)].
D’un autre point de vue, un système logistique peut être défini comme un système global d’entités, constitué de sous-traitants, de producteurs, de distributeurs, de détaillants, et de clients, entre lesquels s’échangent différents flux de matière et d’informations. Cette définition, qui conserve les activités liées à l’élaboration du produit, fait apparaître les en-tités comme acteurs majeurs du système global, et met en avant la notion de flux comme lien entre ces entités [Tayur et al. (1999)].
Les différentes définitions présentées, qui s’agissant d’amener un produit fini au consom-mateur final, donnent une vision générale du système logistique. Elles se situent à un niveau d’abstraction qui n’offre pas de détails sur la structuration des éléments qui com-posent le système, et les interactions qui gouvernent sa dynamique. Dans ce contexte, la structure des systèmes logistiques dépend essentiellement de la complexité du secteur d’activité, et des différents procédés de fabrication. Chaque entité du système logistique joue un rôle précis dans le processus global de l’obtention du produit fini. Ces entités, qui peuvent comporter soit des fournisseurs, des producteurs, des distributeurs, ou des consommateurs finaux, sont appelés maillons, échelons ou encore niveaux du système lo-gistique. En effet, les différents échelons du système logistique sont reliés et interagissent entre eux moyennant un échange de trois types de flux : les flux physiques, les flux de données et les flux financiers.
Le flux physique, ou flux de matière, représente le cheminement de la matière phy-sique dans le système logistique, et le traverse essentiellement des fournisseurs vers les clients, comme l’illustre la figure 1.1. Il comporte aussi bien les matières pre-mières brutes que les composants et les encours, ainsi que les produits finis. Le mouvement de ce flux est gouverné par la succession des opérations de transfor-mation ou de production, de stockage et de distribution des produits.
Le flux de données englobe l’ensemble des données que s’échangent les différentes parties d’un système logistique, et qui se distinguent en deux sortes. Le flux infor-mationnel comprend toutes les données commerciales concernant les commandes passées par les clients, et les informations techniques de l’entreprise, telles que la capacité de production et de stockage. Quant aux flux décisionnels, ils résument les décisions prises par les centres de gestion, comme par exemple les ordres de production, d’approvisionnement et les consignes du stock.
Le flux financier concerne toutes les transactions pécuniaires qui ont lieu au sein du système logistique. Ce flux traverse la chaîne essentiellement d’aval en amont, et se présente comme la contre-partie monétaire du flux physique. Dans le cadre de cette thèse, seuls les flux physiques et informationnels sont considérés.
Enjeux de la gestion des systèmes logistiques
Indicateurs de performance
a) Contraintes de stockage. Dans un système logistique, la capacité de stockage est limitée par la taille et la contenance des espaces, alloués à la fonction de stockage des produits. De ce fait, le niveau du stock yptq ne peut dépasser une certaine valeur, que nous notons ymax, correspondant à cette capacité maximale de contenance. Aussi, un niveau de stock est une grandeur toujours positive, car il quantifie de la matière mesurée en nombre de pièces, de sorte qu’il est limité par un paramètre minimale de dimensionnement noté ymin. Ainsi, à tout instant t, yptq vérifie la contrainte suivante : 0 ⁄ ymin ⁄ yptq ⁄ ymax. (1.5)
b) Contraintes de production. De la même façon, les ordres de production sont aussi des grandeurs physiques positives, qui ont des limites sur les ressources de production. Celles-ci présentent des seuils de saturation qu’il est nécessaire de res-pecter, et qui présentent de vrais freins lors de la mise en pratique du modèle. En notant umin et umax les capacités minimale et maximale de production respecti-vement, les contraintes sur les ordres de production se présentent sous la forme suivante : 0 ⁄ umin ⁄ uptq ⁄ umax. (1.6)
c) Spécification de la demande. La contrainte que nous présentons sur le flux de demande, est une spécification de fonctionnement. Dans notre travail, nous considérons que la demande dptq est inconnue, de sorte que le modèle et les résultats que nous présentons par la suite, restent valables tant pour une demande constante, que pour une demande saisonnière ou aléatoire. Néanmoins, la demande est aussi une grandeur physique positive et limitée par deux valeurs, l’une étant minimale et l’autre maximale, que nous notons dmin et dmax respectivement. Cette spécification se formalise sous la forme suivante : 0 ⁄ dmin ⁄ dptq ⁄ dmax. (1.7)
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Table des matières
Introduction générale
I Positionnement et problématique de la thèse
1 Contexte et méthodologie de recherche
1.1 Introduction
1.2 Sur les systèmes logistiques
1.3 Enjeux de la gestion des systèmes logistiques
1.3.1 Indicateurs de performance
1.3.2 Facteurs de variabilité et effet « Bullwhip »
1.4 Étude des systèmes logistiques
1.4.1 Modèles et outils de modélisation
1.4.2 Modèles analytiques des systèmes logistiques
1.4.3 Méthodes de gestion des stocks
1.5 Modèle du système logistique basique
1.5.1 Dynamique du stock dédiée aux produits périssables
1.5.2 Spécifications des systèmes contraints
1.6 Modèle général des réseaux logistiques
1.6.1 Équation fondamentale de la dynamique des stocks
1.6.2 Spécifications et contraintes de fonctionnement
1.7 Approche de commande des systèmes contraints
1.8 Conclusion du chapitre
2 Outils mathématiques de base
2.1 Introduction
2.2 Modélisation des systèmes à retards
2.3 Stabilité des systèmes à retards
2.3.1 Stabilité Entrée-Sortie
2.3.2 Stabilisation par prédiction d’état
2.4 Calcul des bornes pour un système Entrée-Sortie monovariable
2.5 Bornes du système Entrée-sortie multivariable
2.5.1 Polyèdres et ensembles convexes
2.5.2 Calcul des bornes pour un système multivariable
2.6 Principe d’invariance et invariance polyédrale
2.6.1 Conditions d’invariance du système monovariable
2.6.2 Propriétés d’invariance polyédrale
2.7 Méthode d’élimination de Fourier Motzkin
2.8 Approche structurelle
Conclusion et objectifs de la thèse
II Commande par invariance d’une classe de systèmes de convolution
3 Pilotage du système logistique en configuration réseau
3.1 Introduction
3.2 Description du modèle multivariable
3.3 Passage du modèle retardé au modèle réduit
3.4 Intervalle multivariable
3.5 Conditions de D-invariance contrôlée contrôlée du système réduit
3.5.1 Caractérisation du polytope invariant
3.5.2 Paramétrisation de la loi de commande
3.5.3 Complexité algorithmique de résolution
3.6 Conditions d’admissibilité du système à retards
3.7 Discussion de l’étude
3.8 Conclusion du chapitre
4 Application des résultats sur une chaîne logistique 98
4.1 Introduction
4.2 Système d’étude
4.3 Du système réduit au système découplé
4.4 Construction des polytopes
4.5 Structure de commande admissible
Conclusion partielle
III Pilotage du système logistique élémentaire
5 Solution de pilotage par principe d’invariance
5.1 Introduction
5.2 Stratégie de commande
5.2.1 Solution par prédiction d’état
5.2.2 Loi de commande de type bang-bang
5.3 Conditions de D-invariance
5.4 Conditions d’admissibilité de la loi de commande
5.4.1 Conditions nécessaires et suffisantes pour le régime établi
5.4.2 Phase d’initialisation
5.5 Exemple de simulation
5.6 Optimisation de la loi de commande
5.7 Conclusion du chapitre
6 Solution de pilotage des flux par une commande linéaire
6.1 Introduction
6.2 Structure de la loi de commande linéaire
6.3 Dynamique des flux d’entrée et de sortie
6.4 Les bornes atteignables par les variables des flux
6.5 Ensemble de conditions initiales admissibles
6.6 Mise en œuvre de la loi de commande
6.6.1 Conditions admissibles de la loi de commande
6.6.2 Paramètres de la loi de commande
6.7 Comparaison des lois de commande Bang-Bang et linéaire
6.8 Exemple de simulation
Conclusion partielle
IV Étude de robustesse de la commande linéaire vis-à-vis d’incertitudes
7 Stabilité de la commande linéaire
7.1 Introduction
7.2 Structure de commande
7.3 Transfert en boucle fermée
7.4 Conditions de stabilité robuste
7.5 Choix des paramètres de commande
7.6 Impact des incertitudes sur le dimensionnement du système logistique
7.7 Conclusion du chapitre
8 Robustesse vis-à-vis d’incertitudes sur le retard
8.1 Introduction
8.2 Structure de prédiction : problème et solution
8.3 Dynamique de la prédiction du stock
8.4 Bornes atteignables des variables entrée-sortie
8.5 Conditions d’admissibilité de la loi de commande
8.6 Étude de cas pour un retard exact
8.7 Exemple de simulation
8.8 Conclusion du chapitre
9 Robustesse vis-à-vis d’incertitude sur le facteur de perte
9.1 Introduction
9.2 Stratégie de commande
9.3 Propriétés de la structure de prédiction
9.4 Bornes atteignables des flux entrée-sortie
9.5 Loi de commande admissible
9.6 Exemple de simulation
9.7 Conclusion du chapitre
Conclusion générale
Annexe
Bibliographie
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