Synthèse du mémoire thématique : Gestion Opérationnelle des plateformes logistiques

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1 Synthèse du mémoire thématique : Gestion Opérationnelle des plateformes logistiques Soutenu par : Aboueljinane Lina I. Introduction I.1 Contexte et définitions La disjonction des lieux de production, de transformation et de consommation, notamment pour des raisons socioéconomiques (prix et disponibilité des terrains, cout de main d œuvre...) ou environnementales (conditions climatiques ), nécessite la mise en place d infrastructure logistique afin de mouvementer les flux physiques entre les différents emplacements. Outre les voies de communication (le transport), ces infrastructures sont les plateformes logistiques. Le terme «entrepôt» est utilisé si la principale fonction de la plateforme est le stockage. Si en plus, la distribution est aussi une fonction principale, on parle de «centre de distribution». Par contre, si la fonction stockage est négligée, c'est-à-dire que la marchandise passe du transport amont au transport aval dans un délai très court, ne faisant que transiter par la plateforme, on parle de transbordement ou cross-docking. Puisque, dans le présent mémoire, nous nous intéressons à toutes les activités des plateformes logistiques, y compris le stockage, nous utiliserons le terme «entrepôt» dans ce qui suit. Selon ELA/AT Kearney(2004) [1], les couts d entreposage (capital et couts opérationnels) représentent à peu près 25% des couts logistiques en Europe (les autres couts considérés étant les couts de stock, de transport, d administration, de colisage et de services à valeur ajoutée). Une étude menée aux Etats-Unis par Establish(2005) [2] montre une structure similaire avec un cout d entreposage représentant 22% du total des couts logistiques. Une autre étude anglaise montre aussi que le nombre de plus grands entrepôts a fortement augmenté entre 1995 et 2002(Baker 2004) [3]. Alors quelle utilité de mettre en place ces entrepôts, d autant qu ils représentent d importants investissements pour les entreprises. Selon Lambert et Al (1998) [4], les entrepôts permettent de : Faire des économies de transport (mutualisation des livraisons, chargement de conteneur complet ) Faire des économies en production (politique make to stock) Profiter des réductions d achats et des remises Etre un support au service après vente Palier aux fluctuations de la demande des clients et à l effet de saisonnalité Réduire les distances et les délais entre producteur et client Garantir une qualité de service satisfaisante pour le client à moindre cout Accompagner la politique du juste à temps pour le fournisseur et le client Servir de stockage temporaire pour les rebus et les produits recyclables (logistique inverse) Servir de zone de stockage tampon pour le transbordement (cross docking) - 1 -

2 Approvisionner le client en produits divers au lieu d un produit unique Outre la réduction des couts et l amélioration de la qualité de service, il ressort de cette énumération le rôle des entrepôts dans : la massification des flux logistiques en amont comme en aval, par la réduction du nombre de véhicules d approvisionnement et de livraison et la rationalisation des tournées. Ceci tend à réduire le prix de transport ramené à la quantité transportée (poids) ou à la distance parcourue (au kilomètre) le découplage des flux à travers la constitution de stock pour pouvoir se conformer aux délais de livraison acceptés par le client I.2 Types de décision pour l utilisation d entrepôt Comme tout type de décision en supply chain, l implantation d entrepôts est soumise à trois classes d horizon : stratégiques, tactique et opérationnel. Chacune de ces classes traite de problématiques spécifiques : Niveau stratégique (long terme) : Il s agit de déterminer le schéma logistique, c est à dire le nombre d entrepôts et leur localisation. Typiquement, pour un ensemble n d emplacements et un ensemble m de clients, le problème revient à choisir un sous ensemble d entrepôt qui minimise les couts fixes d implantation et les couts de transport aux clients. Dans la littérature ce type de problèmes a été abordé par plusieurs approches telles que la programmation linéaire en Branch and Bound ou les heuristiques (algorithme génétique, algorithme tabou ). Niveau tactique (moyen et court terme) : Une fois les décisions stratégiques prises, on s intéresse à la problématique de dimensionnement des entrepôts où il s agit de déterminer leur capacité de stockage. Comme souligné par Francis et al [5], très peu de littérature a été dédiée au sujet. La littérature dédiée distingue deux hypothèses différentes : cas oui l entrepôt est responsable du control de son stock (droit de refuser des clients) et le cas ou toutes les commandes doivent être traitées. Dans le premier cas, les auteurs prennent en compte les couts de construction de l entrepôt, de détention de stock et de réapprovisionnement et utilisent plusieurs approches suivant les hypothèses du modèle (mono/multi produit, demande déterministe ou stochastique ) tel que la programmation linéaire ou non linéaire (Gu et al 2005) [6]

3 Niveau opérationnel (très court terme et immédiat) : Ce sont les problématiques relatives aux quatre principales fonctions des entrepôts : La réception et la livraison (ex : l affectation des engins de manutention au chargement ou déchargement des camions ) Le stockage (ex : affectation des emplacements de stockage, zonage ) La préparation de commande (ex : allotissement, acheminement, triage ) Nombreux ont été, dans la littérature, les modèles proposés pour l optimisation de la gestion opérationnelle dans les entrepôts. Cependant l application de ces modèles dans la pratique reste assez laborieuse. L objectif dans la suite du mémoire est d identifier et de classer les principaux résultats de recherche dans le domaine. II. Organisation d un entrepôt Fig 1 : Fonctions et flux typiques d un entrepôt (Tompkins et al., 2003) [7] La figure 1 montre les zones fonctionnelles et les flux typiques d un entrepôt dont les principales activités sont : la réception, le transfert et le rangement, la préparation de commande /sélection, l accumulation/tri, le cross-docking et la livraison. Les activités de réception et de livraison sont l interface des flux entrants et sortants de l entrepôt. La réception consiste au déchargement des articles de point de stock 1 (Stock keeping unit - SKU) de leur camion, à la mise à jour de l enregistrement des stocks et à la 1 Articles conservés en stock et caractérisés, entre autres, par leur fonction, leur style, leur format, leur couleur et leur localisation - 3 -

4 vérification physique de la marchandise pour s assurer qu il n y a aucune incohérence quantitative ou qualitative. Ces articles sont alors soit transférés et rangés dans des emplacements de stockage, moyennant des fois un réemballage au préalable, soit transférés directement au quai de livraison dans le cas du cross-docking. Le stockage des articles peut être organisé suivant différents départements. Cette organisation peut être faite suivant les caractéristiques des produits (stockage en palette ou en boite), l appartenance du produit à un client donné (un emplacement est affecté à un client donné), ou suivant des considérations de manutention (affecter les emplacements avant pour un enlèvement plus rapide). Au sein d un même département, les produits peuvent être organisés en zones. Une zone est un ensemble limité d emplacements de stockage physiquement proches qui sont affectés à un préparateur pour prélever les produits commandés. Dans un département /zone, l affectation d un produit à un emplacement de stockage impacte significativement la capacité de stockage, le suivi des stocks et la préparation de commande. Une fois l ordre d expédition donné par le client, on procède à l activité de préparation de commande. C est l activité reconnue pour être la plus couteuse en entrepôt car à forte intensité de capital et de main d œuvre (Frazelle, 2002) [8]. Elle consiste à regrouper les bons produits dans les bonnes quantités composant la commande d un client. Il existe plusieurs types de préparation de commande, tels que la préparation de commande unitaire, le prélèvement par lot en sort-while-pick (prélèvement des articles d une même commande), le prélèvement en sort-after-pick ou allotissement (l'ensemble des articles d'une même référence sont prélevés puis répartis entre les différentes commandes à traiter). Finalement, les produits sont emballés et gerbés (Opération consistant à superposer des contenants) dans la bonne unité de chargement pour expédition. Afin de procéder à toutes ces activités, différentes ressources, telles l espace, la main d œuvre et les engins de manutention, doivent être affectées aux différentes fonctions de l entrepôt. Chaque fonction doit être correctement implémentée, opérée et coordonnée pour atteindre un rendement et un service de qualité à moindre cout. III. La réception et la livraison Selon Gu et al 2007 [9], les principales décisions relatives aux opérations de réception/livraison peuvent être décrites comme suit : Données : (1). Informations sur les flux entrants, tel que leur temps d arrivée et leur contenu (2). Informations relatives à la demande des clients, comme leurs commandes et leur délai de livraison (3). Information à propos de l agencement des quais dans l entrepôt et les moyens de manutention disponibles

5 A déterminer : (1). L affectation des transporteurs arrivant et en partance de l entrepôt au quai de chargement/déchargement, ce qui détermine le flux internes des moyens. (2). L ordonnancement du service des transporteurs affectés à chacun des quais. (3). L affectation des ressources de manutention (engins et main d œuvre). Sous des contraintes de : (1). nombre de ressources disponibles (2). niveau de service, tel que le temps total d un cycle et les temps de chargement déchargement des transporteurs (3). agencement physique des quais et des emplacements de stockage (4). politiques de gestion telles (ex :un seul client par quai de livraison) (5). conditions d accès à tous les quais Peu de littérature a été dédiée au sujet, cependant la littérature existante concerne pour la plupart des problématiques de cross docking. Ainsi, Gue (1999)[10] propose un modèle pour estimer le cout opérationnel par une affectation optimale des camions entrant aux portes de réception avec comme hypothèse que chaque porte est connue à l avance pour être affectée à la réception ou à la livraison distinctement. En se basant sur le modèle du cout, il utilise une procédure de recherche locale pour trouver le bon agencement de portes. Bartholdi and Gue (2000)[11] considèrent un problème d agencement des portes dans un entrepôt de cross docking. La fonction objectif est de minimiser la somme des temps de transfert et d attente.ils modélisent la somme des couts de transfert et d attente pour un certain agencement de portes en utilisant des modèles de transport et de file d attente. Ils utilisent ensuite l algorithme de recuit simulé pour trouver l agencement optimal. IV. Le stockage Après réception des articles (SKU), la question qui se pose est celle de l affectation de ces articles à des emplacements de stockage. Pour cela nous nous intéresserons dans cette section à l affectation d articles aux différents départements, zones puis aux emplacements au sein des départements/zones. Ces décisions prennent principalement en compte deux critères : l efficience du stockage (capacité de stockage) et la facilité d accès aux articles. IV.1 Affectation des SKU aux départements Un SKU peut être stocké dans plus qu un département. Une fois les départements spécifiés, il s agit de déterminer quel SKU y affecter, dans quelle quantité et quels sont les mouvements - 5 -

6 interdépartementaux des SKU à opérer. La spécification des départements peut être faite par client, par caractéristique des produits (stockage en palette ), ou suivant des considérations de manutention. Cette dernière spécification est celle sur laquelle on s est le plus focalisé dans les sujets de recherche. C est en effet une pratique commune dans les entrepôts d affecter des emplacements avant pour des enlèvements plus rapide pour les articles les plus demandés. Hackman and Rosenblatt (1990)[12] proposent une heuristique de résolution du problème du sac à dos pour traiter de la question quels SKU affecter aux emplacements avant? avec comme hypothèse que le secteur des emplacements avant a une capacité fixe. L objectif a été de minimiser les couts de manutention lors de la préparation de commande et de l approvisionnement. On peut aussi remarquer que plus le secteur des emplacements avant est petit, plus la moyenne des temps de transfert lors de la préparation de commande est minimum. C est ce qui introduit la notion de stockage dynamique, et dont le principe est d avoir un secteur d emplacements avant assez petit, et de ramener les articles à ce secteur dynamiquement, juste à temps pour l enlèvement. Frazelle et al. (1994) [13] traitent du problème de taille du secteur des emplacements avant comme une variable de décision. Les couts considérés incluent le cout d équipement du secteur des emplacements avant (fonction linéaire de sa taille), et le cout de manutention dans la préparation de commande et l approvisionnement. IV.2 Affectation des SKU aux zones (Zonage) Une fois les départements fixés, chaque département est organisé en zones auxquelles des SKU seront affectés. L intérêt de cette organisation est d affecter une ou plusieurs zones spécifiques à chaque préparateur de commande. L intérêt en est que le préparateur n a besoin de traverser qu un secteur limité ce qui réduit le temps de tournée et la congestion du trafic à l intérieur de l entrepôt tout en familiarisant le préparateur avec les emplacements des produits à l intérieur de la zone. Peu de littérature est disponible en zonage. Petersen (2002)[14] montre, en utilisant la simulation, que la forme de la zone (nombre d allées dans la zone et longueur des allées) impacte significativement la distance de transfert moyenne dans la zone et donc les couts opérationnels. Jewkes et al. (2004) [15] utilisent la programmation dynamique pour identifier les zones, l affectation des SKU aux zones et la localisation des bases (endroit à l intérieur de la zone affectée à un préparateur où il doit revenir après chaque prélèvement) afin de minimiser les couts de préparation de commande qui en découlent. En utilisant un programme linéaire, Le-Duc and De Koster (2005)[16] déterminent le nombre optimal de zones de sorte que le temps total de préparation de commande et de regroupement des produits soit minimisé. IV.3 Affectation des emplacements de stockage Le problème d affectation des emplacements de stockage consiste à assigner un emplacement vide dans un département/zone aux articles reçus à stocker. L objectif est de minimiser les - 6 -

7 couts de manutention tout en améliorant le taux d utilisation de l espace de stockage, sous des contraintes de: Capacité et efficience de stockage Capacité et efficience (temps de cycle de préparation) des préparateurs Compatibilité entre les produits et les emplacements de stockage, et les produits entre eux Politique de retrait des articles (FIFO, LIFO ) Il existe différentes politiques d affectation des articles aux emplacements de stockage dans les départements/zones. Le Duc et De Koster [17] en citent les plus fréquemment utilisées : Le stockage aléatoire : Il s agit de stocker les palettes dans un emplacement choisi aléatoirement parmi tous les emplacements vides de l entrepôt avec une probabilité égale. Choe et Sharp (1991)[18] montre que cette politique induit un taux d utilisation de l espace de stockage et des distances de transfert élevés. Cependant cette politique ne peut marcher que dans des entrepôts automatisés pour garantir l aspect aléatoire. Le stockage dans l emplacement vide le plus proche : Dans le cas ou le préparateur de commande choisit lui-même les emplacements de stockage, il a tendance à choisir les emplacements vides les plus proches. Selon Hausman et al 1976 [19], cette politique et celle du stockage aléatoire ont des performances similaires si les produits sont transportés en palette complète. Le stockage dans un emplacement dédié : Dans ce cas, à chaque produit est affecté un emplacement fixe, même s il n est pas en stock. Un nombre suffisant d emplacements doit être réservé à chaque produit pour pouvoir contenir le niveau de stock maximum de ce produit, ce qui induit un faible taux d utilisation de l espace. Cette politique peut être utilisée dans le cas de produits ayant des poids différents (les produits lourds doivent être placés dans les emplacements bas, et les produits léger dans les emplacements haut). Le stockage suivant le taux de rotation : Dans ce type de stockage, les produits les plus vendus sont placés dans les emplacements les plus accessibles. Pour appliquer cette politique, on définit le COI (cube-per-order index) par produit comme étant le ratio du nombre maximum d emplacements occupées par ce produit sur le nombre d opérations d enlèvements par unité de temps pour satisfaire la demande de ce produit. L algorithme consiste à placer les produits avec le COI le moins élevé(les produits les plus demandés et occupant le moins d emplacements de stockage) dans les emplacements les plus accessibles. Le désavantage de cette méthode est que la demande des produits change continuellement, ce qui implique une réorganisation fréquente dans le stockage de l entrepôt. De plus, l information sur les statistiques de la demande des produits n est pas toujours disponible - 7 -

8 V. La préparation de commande L objectif de la préparation de commande est de maximiser le niveau de service sous la contrainte des ressources disponibles (capital, main d œuvre et machines) (Goetschalckx and Ashayeri, 1989) [20]. Plusieurs types de préparation de commande existent, mais tous passent par toutes ou une partie des étapes basiques suivantes : Le groupage par lot, le séquencement/acheminement et le triage V.1 Groupage par lot Si les commandes de volume important sont prélevées individuellement (préparation de commande unitaire), les commandes plus petites peuvent être regroupées en lots dans la même tournée, afin de diminuer les temps de transfert. Etant donné un ensemble de commandes reçues, le problème de groupage (order batching) consiste à former des lots de cet ensemble, et d affecter ces lots à des tournées et des préparateurs. Gademann et al [21] traitent le problème de groupage pour une préparation de commande manuelle. La fonction objectif est de minimiser les délais de préparation des lots. Ils proposent de résoudre ce problème, NP difficile, par un algorithme de Branch and Bound. Chen and Wu, 2005 [22] introduisent la notion d association entre les commandes pour former les lots. Plus les articles formant deux commandes sont similaires, plus grande est leur mesure d association. Ils formulent ensuite un programme linéaire en 0-1 qui maximise la mesure d association des lots. V.2 Séquencement et acheminement Le séquencement et l acheminement est un problème de voyageur de commerce spécifique à l entrepôt, où il s agit de déterminer la meilleure séquence et chemin pour le prélèvement(ou stockage) d un ensemble de produits dont les emplacements sont connus à l avance. L objectif est typiquement de minimiser les couts de manutention. Selon Le Duc et De Koster 2006[17], ce problème est principalement résolu dans la littérature par des heuristiques telles que l heuristique de forme S (toutes les allées contenant au moins un produit à prélever est visitée de bout en bout, sauf la dernière où le préparateur retourne au dépôt), la méthode retour (le préparateur entre et quitte les allées ou il y a un produit à prélever par le même coté ) ou la méthode du milieu ( Les allées de l entrepôt sont divisés en deux. Si le produit à prélever se trouve dans la première moitié, le préparateur passe par l avant de l allée, sinon il passe par l arrière). Selon Hall (1993) [23], cette dernière méthode est plus performante que l heuristique de forme S quand le nombre de prélèvements par allée est réduit (un seul prélèvement en moyenne.) VI. Conclusion La gestion opérationnelle des entrepôts induit de nombreuses problématiques liées à ses principales fonctions : réception, stockage, préparation de commande et livraison. Pour les fonctions de réception/livraison, on retrouve des problématiques d affectation des camions - 8 -

9 aux portes des quais de chargement/déchargement, d affectation des engins de manutention et d ordonnancement du service à quai. Pour la fonction de stockage, les principales problématiques sont relatives à l affectation des articles reçus aux différents départements, zones puis aux emplacements au sein des départements/zones de l espace de stockage. Finalement la fonction préparation de commande induit des problématiques telles que le groupage par lot des commandes dans une seule tournée, et le séquencement/acheminement des produits prélevés pour livraison. Il est à souligner que les problématiques parcourues dans la synthèse ont été inéquitablement abordées par les chercheurs. En effet, si par exemple les problèmes d affectation aux emplacements de stockage et les problèmes d acheminement ont été largement traités par un bon nombre de travaux de recherche, très peu de littérature concerne le zonage et la réception/livraison. Bibliographie [1] ELA European Logistics Association/A T Kearney Management Consultants, 2004 ELA European Logistics Association/AT Kearney Management Consultants, Differentiation for Performance, Deutscher Verkehrs-Verlag GmbH, Hambur+g. [2] Establish Inc., 2005 Establish Inc./Herbert W. Davis & Co., Logistic Cost and Service In: Presented at Council of Supply Chain Managers Conference [3] Baker, 2004 P. Baker, Aligning distribution center operations to supply chain strategy, International Journal of Logistics Management 15 (1) (2004), pp [4] Lambert et al., 1998 In: D.M. Lambert, J.R. Stock and L.M. Ellram, Editors, Fundamentals of Logistics Management, McGraw-Hill, Singapore (1998) [5] R. L. FRANCIS, L. F. McGiNNis, JR and J. A. WHITE (1992) Facility Layout and Location: an Analytical Approach. 2 nd Edition, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J. [6] Gu et al., 2005 Gu, J.X., Goetschalckx, M., McGinnis, L.F., Warehouse design and performance evaluation: A comprehensive review. Working Paper, Virtual Factory Laboratory, Georgia Institute of Technology. [7] Tompkins et al., 2003 J.A. Tompkins, J.A. White, Y.A. Bozer, E.H. Frazelle and J.M.A. Tanchoco, Facilities Planning, John Wiley & Sons, NJ (2003) [8] Frazelle, 2002 E.H. Frazelle, World-class Warehousing and Material Handling, McGraw Hill, New York (2002). [9] Gu et al., 2007 J.X. Gu, M. Goetschalckx and L.F. McGinnis, Research on warehouse operation: A comprehensive review, European Journal of Operational Research 177 (1) (2007), pp

10 [10] Gue, 1999 K.R. Gue, The effects of trailer scheduling on the layout of freight terminals, Transportation Science 33 (1999) (4), pp [11] Bartholdi and Gue, 2000 J.J. Bartholdi and K.R. Gue, Reducing labor costs in an LTL crossdocking terminal, Operations Research 48 (2000) (6), pp [12] Hackman and Rosenblatt, 1990 S.T. Hackman and M.J. Rosenblatt, Allocating items to an automated storage and retrieval system, IIE Transactions 22 (1990) (1), pp [13] Frazelle et al., 1994 E.H. Frazelle, S.T. Hackman, U. Passy and L.K. Platzman, The forward-reserve problem. In: T.A. Ciriani and R.C. Leachman, Editors, Optimization in Industry vol. 2, John Wiley & Sons Ltd., New York (1994). [14] Petersen, 2002 C.G. Petersen, Considerations in order picking zone configuration, International Journal of Operations and Production Management 22 (2002) (7), pp [15] Jewkes et al., 2004 E. Jewkes, C. Lee and R. Vickson, Production location, allocation and server home base location for an order picking line with multiple servers, Computers and Operations Research 31 (2004), pp [16] Le-Duc and De Koster, 2005a Le-Duc, T., De Koster, R., 2005a. Determining the optimal number of zones in a pick-and-pack order picking system. Report ERS LIS, RSM Erasmus University, the Netherlands. [17]Le Duc et De Koster 2006, Design and control of warehouse order picking: A literature review, European Journal of Operational Research Volume 182, Issue 2, 16 October 2007, Pages [18] (Choe and Sharp, 1991 Choe, K., Sharp, G.P., Small parts order picking: design and operation. Available on-line at:< May 2005). [19] Hausman et al., 1976 W.H. Hausman, L.B. Schwarz and S.C. Graves, Optimal storage assignment in automatic warehousing systems, Management Science 22 (1976) (6), pp [20] Goetschalckx and Ashayeri, 1989 M. Goetschalckx and J. Ashayeri, Classification and design of order picking systems, Logistics World (1989) (June), pp [21] Gademann et al., 2001 N. Gademann, J.P. van den Berg and H.H. van der Hoff, An order batching algorithm for wave picking in a parallel-aisle warehouse, IIE Transactions 33 (2001), pp [22] M.C. Chen and H.P. Wu, An association-based clustering approach to order batching considering customer demand patterns, Omega International Journal of Management Science 33 (2005) (4), pp [23] Hall, 1993 R.W. Hall, Distance approximation for routing manual pickers in a warehouse, IIE Transactions 25 (1993), pp