Perfectionnement de l'horaire d'atelier dans la fabrication de métaux

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Les fabricants ont investi dans des lasers à fibre de plus en plus puissants, des presses plieuses avec des changements d'outils automatisés, une capacité de soudage étendue, un revêtement en poudre - la liste des investissements est longue, et pourtant les performances de livraison dans les délais restent obstinément médiocres. Selon l'enquête annuelle "Financial Ratios & Operational Benchmarking Survey", publiée par la Fabricators & Manufacturers Association, la livraison moyenne à temps a oscillé entre 77% et 88% au cours de la dernière décennie.

Bien sûr, les défis de la chaîne d'approvisionnement ont compliqué les choses à mesure que les changements des clients et la livraison des matériaux et des composants achetés deviennent plus erratiques. Les pénuries aiguës de travailleurs et les absences imprévues n'ont pas aidé non plus. Pourtant, la livraison à temps dans la fabrication sur mesure était médiocre bien avant la pandémie, et la plupart des fabricants font face à la pénurie de main-d'œuvre qualifiée depuis des années. Alors, qu'est-ce que ça donne ?

Un magasin établit un calendrier et pourtant ne s'y tient pas. La bousculade s'ensuit. Les heures supplémentaires s'accumulent avec la frustration. Les causes profondes abondent et peuvent être omniprésentes, atteignant tous les processus de l'entreprise. Améliorer les choses est un casse-tête compliqué, et une pièce importante peut impliquer de trouver une meilleure façon de planifier.

Chaque atelier de fabrication sur mesure a sa propre clientèle unique, de sorte que les raisons des problèmes de planification sont trop nombreuses pour être comptées, mais beaucoup d'entre elles traitent d'un domaine clé : le manque d'informations fiables. Comme pour toute autre chose, en ce qui concerne la planification, les ordures entrantes, les ordures sortantes.

« Nous avons constaté au fil des années que les entreprises s'améliorent en termes de données », a déclaré Dan Hahn, vice-président d'ATS Lean Scheduling International, un fournisseur de logiciels de planification et d'ordonnancement avancés (APS) à Bradenton, en Floride. « Cela dit, les données restent l'un de nos principaux problèmes. Si nous travaillons avec un fabricant disposant de données correctes et propres, c'est une aubaine.

"Dernièrement, nous avons vu beaucoup de problèmes avec les personnes et les matériaux, et les magasins ont du mal à maintenir un groupe cohérent de personnes talentueuses", a poursuivi Hahn. "Ils se tournent maintenant vers nous [les fournisseurs de logiciels APS] pour leur donner la possibilité de replanifier, de remanier et de réagir au changement."

La collecte de données reste au cœur du problème. Certains d'entre eux pourraient être hébergés sur des logiciels maladroits qui ont désespérément besoin d'une mise à jour. Et même avec le logiciel le plus astucieux, les déchets entrants et sortants s'appliquent toujours. Il est difficile de planifier en fonction de la capacité disponible lorsqu'un fabricant ne sait pas quelle est réellement la capacité disponible.

Imaginez qu'un opérateur de presse plieuse arrive sur un travail de pliage spécifique, puis se rende compte qu'il doit aller chercher l'outillage de la salle d'outillage à travers l'atelier de l'usine. Alors, il marche, récupère l'outillage, configure et exécute le travail, puis finit par sortir du travail. Le système indique que le travail a pris 30 minutes, mais en réalité, il a fallu moins de la moitié du temps à l'opérateur pour configurer la machine et faire fonctionner les pièces. Le problème peut être facile à repérer si ce travail revient régulièrement. (C'est de cela qu'il s'agit, après tout, d'aller chez Gemba.) Mais dans une opération à haute gamme de produits, cette tâche et de nombreuses autres tâches inutiles peuvent rester cachées et inaperçues.

La connexion et la surveillance directes de la machine peuvent aider ici. Imaginez le même scénario, mais cette fois-ci la machine elle-même signale automatiquement le temps de disponibilité réel et le temps de configuration pour chaque tâche, ainsi que les besoins en personnel : l'opérateur, le conducteur du chariot élévateur ou le manutentionnaire, peut-être une personne dédiée à la configuration. Ces données révèlent rapidement des améliorations, comme avoir des outils au point d'utilisation. Plus largement, la connexion révèle ce qui se passe réellement pendant la production.

"Je vais être honnête, l'APS est difficile à mettre en œuvre", a déclaré Mike Liddell, fondateur de Lean Scheduling International et auteur du livre "The Little Blue Book on Scheduling", un tome qui énonce les défis de la planification pour le magasin à haute gamme de produits. "Chaque entreprise est différente, et cette différence est leur avantage concurrentiel. Il s'agit de pouvoir intégrer cette différence dans un APS."

FIGURE 1. Lorsque bleu passe en premier, il faut 11 jours pour traiter trois commandes.

Hahn a ajouté : "Parce que chaque fabricant est différent, avec des processus différents, nous devons être en mesure de façonner l'outil [APS] pour améliorer ces processus."

Deux ateliers de tôlerie de précision peuvent avoir des machines similaires, mais leurs clients sont différents. Certains pourraient exiger que le magasin détienne un certain niveau de stock de produits finis. D'autres clients (pelouse et jardin, par exemple) peuvent avoir une demande hautement saisonnière, ce qui signifie que le calendrier doit tenir compte de cette variabilité de la demande. D'autres clients encore ont certains travaux qui rendent un fabricant fortement dépendant des services externes et des composants achetés, mais d'autres variables dont l'APS doit tenir compte.

"Un atelier peut produire 20 000 pièces par lot, ce qui peut être facile à planifier puisque les mêmes machines font les mêmes pièces encore et encore", a déclaré Hahn. "Ensuite, vous avez ceux qui exécutent de très petits lots, ce qui signifie que vous devez vous concentrer sur les changements et sur la meilleure façon de traiter le matériau tout au long du routage."

Une demande aussi variable entraîne différentes stratégies en matière de WIP. Certains magasins exploiteront certains sous-composants à l'avance pour maintenir un supermarché de pièces auquel les opérations en aval pourront puiser. D'autres ne peuvent tout simplement pas produire à l'avance car ils ne savent pas quelles pièces seront nécessaires.

Cela entraîne à son tour différentes stratégies de libération des commandes et d'imbrication au niveau du poinçon et du laser. Est-il judicieux d'avancer dans le calendrier pour remplir un nid ? Alternativement, le magasin doit-il gérer les restes ou simplement traiter les rebuts excessifs ? Aussi, différents travaux sont-ils regroupés dynamiquement sur une même feuille, ou certains moyens de coupe sont-ils dédiés à certains clients uniquement ? Qu'en est-il des travaux nécessitant des feuilles de qualités et d'épaisseurs différentes ? Comment les sous-composants doivent-ils être dispersés et séquencés entre les centres de travail de coupe de l'atelier ?

De plus, qu'en est-il du temps pour la maintenance préventive qui est particulièrement critique pour les équipements modernes d'aujourd'hui ? Par exemple, certains ateliers équipés de lasers ultra puissants consacrent quelques heures, voire une journée entière, au nettoyage des lattes. Un laser de 20 kW connecté à l'automatisation peut être extrêmement productif, jusqu'à ce que les fourches d'un système d'automatisation à déchargement partiel s'écrasent alors qu'elles tentent de soulever une feuille coupée avec du métal en fusion soudé à des lattes encrassées. Les lattes doivent être nettoyées, les refroidisseurs entretenus, les enveloppes de travail des machines nettoyées et les horaires doivent tenir compte du temps et des personnes que ces tâches nécessitent.

Lorsqu'une opération dispose de données correctes, propres et précises, les opportunités de planification passent au premier plan. Par exemple, dans son livre, Liddell décrit l'importance du séquençage des tâches dans un atelier à forte diversité de produits, en particulier lorsque chaque tâche a des temps de configuration et d'exécution différents sur des ressources partagées.

Considérez la figure 1, qui montre trois commandes qui doivent passer par les trois mêmes machines, chacune avec des durées d'exécution différentes. Considérons maintenant la figure 2. Le changement de séquencement (des tâches bleues puis vertes puis oranges à orange puis vertes puis bleues) permet à l'atelier de traiter les trois commandes 27 % plus rapidement. Effectuez un séquençage stratégique plusieurs fois sur plusieurs machines et flux de valeur, et la capacité disponible monte en flèche, le tout sans embaucher personne ni acheter plus d'équipement.

Dans un contexte de fabrication métallique, considérez un ensemble de travaux de pliage que le superviseur du service de presse plieuse regroupe en une seule configuration avec des outils communs disposés sur le lit de frein. La configuration semble idéale puisque les opérateurs n'ont pas besoin de changer d'outils. En regroupant les travaux de cette manière, le service freins produit ces trois travaux en un temps record.

Pourtant, ces trois emplois avec une configuration commune lient deux ressources finies : la presse plieuse et son opérateur. Imaginez si ces trois tâches représentaient la tâche bleue dans le diagramme de Gantt de la figure 1. L'exécution simultanée de ces tâches retarderait d'autres tâches dans la file d'attente. Si ces trois travaux de presse plieuse étaient divisés, ils pourraient "ouvrir une voie" pour que ces autres travaux progressent le long de leur routage. Bien sûr, la séquence impliquerait quelques configurations de presse plieuse supplémentaires, mais le temps supplémentaire serait plus que compensé par le gain de temps (et la capacité supplémentaire) que la nouvelle séquence offre.

FIGURE 2. Lorsqu'Orange passe en premier, il ne faut que huit jours pour traiter les trois commandes.

Le séquençage est également important dans les cellules multiprocessus. Dans une interview l'année dernière, Robert Hasty, PDG de Humanetics Precision Metal Works, basé à Dallas, a décrit comment l'entreprise gère le flux de travail à travers une cellule de découpe et de pliage impliquant une nouvelle presse plieuse qui se forme de l'air et une autre presse plieuse plus ancienne qui effectue une opération de fond. Le nouveau frein électrique peut être mis en place très rapidement ; la première partie formée est généralement une bonne partie. L'ancien frein, pas tellement, mais il a toujours une capacité de production qui, avec un séquencement stratégique approprié, peut faire une réelle différence. De plus, l'opération de fond de l'ancien frein peut produire un virage serré de qualité qui est essentiel pour certains travaux.

Dans ce cas, quelques pièces destinées au fond sont d'abord imbriquées et découpées sur le laser, puis s'écoulent immédiatement vers l'ancienne presse plieuse, où l'opérateur peut commencer la configuration et commencer à plier les éprouvettes. Le prochain nid de pièces traitées au laser est destiné à la formation d'air au niveau du nouveau frein électrique. Ensuite sur le laser se trouve un nid de pièces destinées au fond. Grâce à un séquençage intelligent, ces pièces atteignent l'ancienne presse plieuse peu de temps après que l'opérateur a fini de l'installer. En fin de compte, les opérateurs de l'ancien et du nouveau frein terminent leurs travaux respectifs presque en même temps, tout cela grâce au séquençage.

Comme l'a dit Hasty dans une interview en 2022, "En ce qui concerne le succès de notre disposition cellulaire hybride, le séquençage est primordial."

Bien sûr, Humanetics n'a pas travaillé cela manuellement, sur une feuille Excel ou autrement. Il se trouve que le fabricant sur mesure emploie sa propre équipe logicielle qui développe des programmes personnalisés, l'un étant une sorte de "simulateur de goulot d'étranglement" qui améliore le système de planification existant de l'entreprise.

La boutique utilise un logiciel pour une raison avec laquelle Liddell et Hahn seraient d'accord : l'intensification du séquençage, la connexion des points tout au long de la chaîne de valeur, de la commande initiale à l'expédition finale, devient extrêmement compliquée. Un petit changement dans, par exemple, l'assemblage peut avoir des effets d'entraînement sur le soudage, le pliage et le découpage. Ajoutez les complications de la chaîne d'approvisionnement et de la main-d'œuvre, et les ondulations se transforment en vagues sérieuses.

"Il est vraiment impossible de faire ce genre de chose sans logiciel", a déclaré Liddell. "Il est impossible de voir comment tout se connecte. C'est comme résoudre un gigantesque Rubik's Cube. Lorsqu'une variable change, vous devez voir comment elle change les autres côtés."

Supposons qu'un magasin de fabrication souhaite modifier sa stratégie de planification. Il peut s'appuyer sur la fonction de planification de sa plate-forme de planification des ressources d'entreprise (ERP). Peut-être planifie-t-il manuellement ou s'appuie-t-il sur un système interne construit au fil des ans. Peu importe ce qu'ils utilisent, cela ne fonctionne pas, alors ils décident de passer à l'étape suivante de la planification - et commencer avec les bonnes attentes est un bon départ. Dans l'ensemble de la fabrication, et dans les ateliers en particulier, l'horaire, en constante évolution, est toujours imparfait.

"Nous nous concentrons sur la règle 80-20", a déclaré Liddell. "Un fabricant peut obtenir une solution à 80 % à un problème de planification avec 20 % d'effort. Cela éloigne les gens de l'un des grands pièges de la mise en œuvre de l'APS, qui est la recherche de la perfection."

Avant de mettre en œuvre la règle 80-20, cependant, Liddell a recommandé aux magasins de prendre du recul par rapport à la planification et de penser largement. Comme il l'écrit dans son livre, "Ce processus nous oblige à réfléchir et à documenter clairement le problème commercial que nous essayons de résoudre, et à répertorier tous les avantages qui seront obtenus en cas de succès... Le problème pourrait être qu'ils livrent les travaux en retard, qu'ils perdent des clients et qu'ils ne sont pas capables de réagir assez rapidement aux demandes changeantes des clients".

Définir le problème permet d'en identifier la portée. Par exemple, un fabricant peut être extrêmement en retard sur un certain travail qui nécessite des achats et des accords avec des fournisseurs étranges. Le travail crée des maux de tête, mais ce n'est pas le pain quotidien de l'atelier. Définir le véritable problème (des performances de livraison inacceptables pour les principaux comptes générateurs de revenus de la boutique) déplace l'attention. La solution de planification qui en résultera ne sera pas parfaite et ne résoudra probablement pas tous les problèmes liés à ce travail inhabituel. Mais cela pourrait minimiser les effets de ces petits boulots sur le flux de travail principal de l'atelier.

FIGURE 3. Le changement commence par les processus métier (au centre). Un système de planification (APS) est construit, personnalisé et intégré autour de ces processus. Et l'ensemble du système interagit avec trois points de contact : l'usine, les achats et la saisie des commandes.

Une fois qu'un magasin a défini le problème, l'évaluation commence. Comme l'écrit Liddell, "Recommander une solution sans savoir comment fonctionne une entreprise - pourquoi une entreprise fait les choses d'une certaine manière et quels sont les problèmes commerciaux particuliers - serait absurde... Les solutions doivent être conçues de l'intérieur. Le problème commercial conduit à une vision de ce à quoi les nouveaux processus commerciaux devraient ressembler. "

Cette phase intègre la façon dont les commandes sont traitées au bureau, de la saisie des commandes à la préproduction, en veillant à ce que les voyageurs et autres documents de travail disposent de tout ce dont les employés ont besoin pour faire avancer un travail.

Après l'évaluation vient la phase de conception. Le document de conception indique comment les informations circulent, où les données sont stockées (idéalement à un seul endroit, une seule source de vérité) et comprend une explication de la façon dont les données sont calculées. Comme l'écrit Liddell, "l'organigramme montrera clairement la manière dont les données circulent entre les différents systèmes et le travail nécessaire pour y parvenir. Cela inclura les données qui doivent être envoyées par votre système APS à d'autres systèmes, tels que votre ERP ou votre système de collecte de données d'atelier".

Il a ajouté que la plupart des plates-formes de planification sont construites autour de trois points de contact (voir Figure 3). La première est la saisie des commandes, qui développe les routages et les nomenclatures de la commande et planifie la date de livraison en fonction des informations de capacité. Vient ensuite l'achat, qui communique lorsque des matières premières sont nécessaires ; le personnel de réception (ou quelqu'un d'autre, selon l'opération) enregistre alors quand les matières premières sont effectivement disponibles. Le troisième point de contact est l'usine elle-même, qui reçoit les horaires d'atelier (basés sur des temps estimés) et enregistre les transactions d'atelier (enregistrant les temps réels).

De là vient la feuille de route de planification, un document qui, comme l'écrit Liddell, "explique comment le nouveau système aura un impact sur chaque domaine fonctionnel... Le processus de création de la feuille de route de planification donne à chacun la possibilité de faire des suggestions et de faire partie de la solution."

La carte décrit à tout le monde (conducteurs de chariots élévateurs, opérateurs de machines, soudeurs) comment les informations et le travail vont circuler, comment les changements dans un domaine affectent les autres et, plus important encore, pourquoi les choses doivent changer. Comme Liddell l'a dit dans son livre, "La vérité est que l'une des principales raisons pour lesquelles les systèmes de planification échouent est que ceux qui pourraient en bénéficier le plus ne comprennent pas pourquoi ils doivent changer."

La phase de développement crée un modèle de travail de la plate-forme logicielle de planification, à nouveau conçue autour de la règle 80-20, où 20 % de l'effort résout 80 % des problèmes. Un test ultérieur consiste à exécuter des scripts documentés pour certains scénarios commerciaux, comme la saisie, la modification et la suppression d'une commande.

Vient ensuite la phase de mise en œuvre, lorsque l'atelier peut exécuter son ancien et son nouveau système de planification en parallèle pour valider les résultats. Les problèmes sont résolus, tout en restant concentré sur la règle du 80-20. Les premiers jours de la mise en œuvre, écrit Liddell, ne sont pas le moment d'ajouter plus de cloches et de sifflets pour gérer tous les problèmes de planification que les gens rencontrent, aussi mineurs ou rares soient-ils. "La priorité devrait être de se concentrer sur l'obtention de la stabilité, car rien ne détruit plus rapidement la confiance dans un nouveau système qu'une vapeur sans fin d'erreurs et de problèmes."

Une fois le planning stabilisé, tout le processus recommence dans un cercle vertueux. Une fois les principaux problèmes de planification résolus, les problèmes qui n'entraient pas dans le champ d'application se déplacent désormais vers ces 80 % de problèmes résolubles par 20 % de l'effort.

Au cœur du problème se trouve la variabilité - dans le temps de cycle, le traitement des devis et des commandes, la disponibilité des matériaux, l'assiduité des employés, le travail à refaire suite à la désinformation, la mauvaise communication dans la chaîne d'approvisionnement, le manque de formation et la variation des performances entre les employés et entre les quarts de travail. Plus une opération est variable, plus elle a besoin d'en-cours absorbant la variabilité entre les étapes de traitement, et plus les délais d'exécution en atelier doivent être longs.

Comme Liddell l'a décrit, "Le problème fondamental de toutes les plantes est que tout est lié. Lorsqu'une chose se produit, les gens ne savent pas comment cela affecte d'autres choses."

La fabrication métallique implique un réseau d'interactions qui entre dans la fabrication et la livraison d'un produit. Chaque action a une réaction. Les progrès de la collecte de données, de la maintenance prédictive, de la surveillance des machines, du contrôle de la production et (bien sûr) des logiciels de planification continuent de brosser un tableau de plus en plus précis des sols des usines.

Mais les sols des usines sont encore extraordinairement complexes et, comme les personnes qui les dirigent, jamais parfaits.

Les chiffres proviennent de The Little Blue Book On Scheduling de Mike Liddell (Palmetto, Floride : Joshua1nine Publishing, 2008), pp. 51-53, 81. Réimprimé avec permission.