Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Life cycle Management) pour l optimisation de la chaîne logistique

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1 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Life cycle Management) pour l optimisation de la chaîne logistique Imane Bouhaddou (*), Abdellatif Benabdelhafid (**) (* ) : Laboratoire Mathématique, Modélisation et Informatique (LM2I), Ecole Nationale Supérieure d Arts et Métiers, Meknès. b_imane@yahoo.fr (**) : Laboratoire Mathématiques Appliquées du Havre, Université du Havre, Le Havre, France. abdellatif.benabdelhafid@univ-lehavre.fr RÉSUMÉ Consciente que l unité de compétitivité n est plus l entreprise mais toute la chaîne logistique contribuant à la réalisation du produit, les efforts consentis par l entreprise se matérialisent, d une part, par la volonté de maîtriser au mieux les activités de conception des produits et d autre part, par la construction de collaborations entre tous les acteurs de la chaîne logistique participant au cycle de vie du produit. Cela a conduit à l émergence d une gestion collaborative du cycle de vie du produit appelée communément PLM. L objet de ce travail consiste à définir une démarche méthodologique pour répondre à la problématique suivante : Comment le PLM pourra t-il participer à l optimisation de la chaîne logistique? Nous adoptons une approche hybride combinant PLM et modèles mathématiques pour optimiser les décisions de conception simultanée du produit et de sa chaîne logistique. Nous proposons des modèles conceptuels pour résoudre de manière formelle le compromis entre PLM et modèles mathématiques pour une optimisation de la chaîne logistique. ABSTRACT It is recognized that competition is shifting from firm versus firm perspective to supply chain versus supply chain perspective. Therefore, the ability to optimize the supply chain is becoming the critical issue for companies to win the competitive advantage. Furthermore, all members of a given supply chain must work together to respond to the changes of market demand rapidly. In the actual context, enterprises not only must enhance their relationships with each others, but also need to integrate their business processes through product life cycle activities. This has led to the emergence of a collaborative product lifecycle management commonly known as PLM. 1 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015

2 2 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 The objective of this paper is to define a methodological approach which answers to the following problematic: How can PLM contribute to supply chain optimization? We adopt a hybrid approach combining PLM and mathematical models to optimize decisions for simultaneous design of the product and its supply chain. We propose conceptual models to solve formally the compromise between PLM and mathematical models for supply chain optimization. MOTS-CLÉS: PLM (Product Lifecycle Management), chaîne logistique, conception du produit, conception de la chaîne logistique, modèles mathématiques d optimisation, logistique intégrée. KEYWORDS: PLM (Product Lifecycle Management), supply chain, product design, supply chain design, optimization mathematical models, integrated logistics. 1. Introduction Dans l'environnement hautement concurrentiel actuel, les entreprises réalisent qu offrir le meilleur produit au plus bas prix n'est pas seulement lié aux fonctions, activités et processus au sein de l entreprise elle-même, mais à l'ensemble de sa chaîne logistique. En outre, les avancées technologiques soutenues qu ont connues les Sciences et Technologies d Information et de Communication au cours des dernières décennies ont progressivement modifié l entreprise et la manière de travailler en son sein et avec ses partenaires. L entreprise tend, par nécessité, vers une relation de collaboration entre les différents partenaires de sa chaîne logistique. De ce fait, il est essentiel pour les entreprises d'exploiter les avantages liés à l'intégration des acteurs de la chaîne logistique et le partage de l'information afin d'améliorer sa performance. Une meilleure efficacité peut être atteinte si cette intégration se fait au début du cycle de vie du produit, en particulier, dans le processus de conception. En traitant les problèmes liés à la chaîne logistique dès les premières phases du développement de produits, c'est-à-dire au niveau de la maquette numérique, les entreprises peuvent réduire la complexité, les coûts et les risques et mettre plus rapidement sur le marché des produits plus rentables. Ainsi, le développement collaboratif de produits est devenu une tendance dans l'industrie manufacturière. Cette collaboration pluridisciplinaire exige un partage massif des données entre les partenaires en amont et en aval d'une chaîne logistique donnée. Cela a conduit à l'émergence d une gestion collaborative du cycle de vie des produits appelée PLM (Product Lifecycle Management).

3 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 3 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique Notre objectif dans ce papier est de montrer le rôle do PLM dans l optimisation de la chaîne logistique. Nous proposons une approche couplant PLM et modèles mathématiques pour optimiser simultanément les décisions de conception du produit et de sa chaîne logistique. 2. Gestion de cycle de vie du produit PLM 2.1. Paradigme de PLM: Le PLM (Product Lifecycle Management) est avant tout une stratégie d entreprise. C est une approche intégrée de gestion de toutes les informations relatives à un produit, sur l ensemble de son cycle de vie depuis sa conception jusqu à sa fin de vie, et ce pour la totalité des acteurs internes et externes impliqués dans sa création (LeDuigou, 2010). Selon (Terzi, 2005), Le PLM implique (Figure. 1) : un point de vue stratégique, selon lequel le produit est considéré comme le seul créateur de valeur pour l entreprise ; un axe organisationnel à l aide d une approche collaborative permettant la mise en commun de toutes les compétences de l entreprise, distribuées parmi différents acteurs ; un axe technique par l adoption de solutions informatiques. En effet, les informations sur les produits et les processus sont dispersées dans divers systèmes d'information, qui, jusqu'ici, étaient isolés et non interopérables (par exemple un système PDM (Product Data Management) et un ERP (Enterprise Resource Planning)). Les tendances actuelles concernent l intégration de ces «îlots» dans un unique (même s il est distribué) entrepôt de données intégré, afin d assurer une utilisation plus large et plus efficace des informations relatives aux produits. Figure.1 : Stratégie PLM centrée sur le produit

4 4 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 Le PLM est aussi une application importante de l industrie manufacturière, le PLM permet de simuler la réalité du produit de manière numérique, virtuelle : la vie complète du produit et de son environnement, en intégrant tous les partenaires en mode collaboratif (Debeacker, 2004). Le développement de produits est devenu un processus extrêmement complexe et difficile ; les industriels se trouvent confrontés à la nécessité de comprendre pleinement l impact des modifications proposées aux différentes étapes du développement. Grâce au PLM, on aura une meilleure circulation de l'information dans l'entreprise ainsi une prise en compte en amont des contingences liées aux évolutions du produit Modèle PLM intégrant cycle de vie et chaîne logistique La plupart des modèles PLM proposés dans la littérature dépendent fortement du cas étudié et ne peuvent être utilisés dans d'autres entreprises, si de tels modèles ont été proposés, leur application a concerné une entreprise en particulier (Fathallah et al., 2008). De plus, peu de modèles PLM sont focalisés sur la représentation de toutes les étapes de cycle de vie du produit (Fathallah, 2011). Certains auteurs ont utilisé des modèles basés sur un langage graphique semi-formel (Abramovici et Sieg, 2002 ; Grieves, 2006 ; Jun et al., 2007 ; Fathallah, 2011). Les composants du cycle de vie du produit sont traduits en pictogrammes et sont reliés entre eux au moyen de flux de matières et d information représentés par des flèches simples. Par ailleurs, d autres auteurs ont utilisé le langage UML (Unified Modelling Language) pour modéliser leurs modèles PLM. Pour l ensemble des modèles PLM étudiés, des composants communs sont relevés. A titre d exemple, nous pouvons citer le cycle de vie du produit, les bases de données qui regroupent les informations sur le produit et les informations échangées sur le cycle de vie du produit et la représentation des flux échangés (flux de matières et flux d informations). Contrairement aux modèles PLM proposés dans la littérature qui prennent en considération uniquement le cycle de vie, nous proposons un modèle PLM en langage UML intégrant également les différents partenaires de la chaîne logistique (Figure.2).

5 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 5 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique Figure.2: Diagramme de classes représentant le modèle PLM proposé Ce modèle PLM permettra de montrer les différentes relations entre le produit, les maillons de la chaîne logistique et les différentes phases de cycle de vie du produit ce qui permettra d avoir une meilleure visibilité de l évolution du produit dans sa chaîne logistique tout au long de son cycle de vie. Le modèle PLM est centré sur le produit. Ce «produit» subit des «activités» qui sont liées à une «phase» de cycle de vie et sont exécutées par un «acteur logistique». Pour cela, ces acteurs utilisent des «ressources». Le «produit» est soumis à des «contraintes» de «coût», «qualité» et «délai»qui sont imposées soit par «l activité», soit par «l acteur logistique». Le modèle ainsi établi, formalise notre approche PLM centrée sur le produit. Il met en évidence les différentes interactions entre le produit et sa chaîne logistique tout au long de son cycle de vie. Ce modèle servira de canevas pour intégrer toutes les contraintes des acteurs de la chaîne logistique et qui sont responsables des différentes phases du cycle de vie du produit. Il est destiné à représenter toutes les informations liées à un produit conçu ou à concevoir.

6 6 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 Nous mettons l accent sur la phase de conception du produit, le produit dans cette phase est appelée «maquette numérique». En effet, la conception est considérée comme une phase stratégique du cycle de vie du produit. C est dans cette phase qu est déterminée et décidée la grande majorité des caractéristiques et des comportements du futur produit, ainsi que son processus de fabrication et même toute sa chaîne logistique. Par conséquent, la dépendance qui s établit entre l activité de conception de produits et l activité de conception de la chaîne logistique s avère de plus en plus forte. Nous proposons dans le chapitre suivant une méthodologie basée sur l approche PLM pour la conception du produit et sa chaîne logistique optimisée. 3. Conception simultanée du produit et de sa chaîne logistique Les approches pertinentes pour traiter le problème de la conception conjointe du produit et de sa chaîne logistique sont : l'intégration des contraintes logistiques dans la conception des produits ; la prise en compte des spécificités des produits dans la conception de la chaîne logistique ; les approches intégrées Intégration des contraintes logistiques dans la conception des produits : Il existe dans la littérature des travaux qui traitent de l intégration des contraintes logistiques dans les phases amont du cycle de vie du produit. Nous mettons en avant les approches du type Conception pour X (Design For X DFX). En ce qui concerne la logistique, le DFX se décline en deux groupes d'outils : le DFL (Design For Logistics) et le DFSCM (Design For Supply Chain Management). La conception pour la logistique (DFL) et la conception pour la gestion de la chaîne logistique (DFSCM) sont un ensemble de méthodes et de règles pour prendre en compte les contraintes logistiques dans la conception des produits (Dowlatshahi, 1999). Les travaux sur le DFL dans (Lee, 1996) ont pour objectif de concevoir des produits afin qu ils puissent être transportés facilement et de manière rentable. D autres auteurs préconisent aussi dans le cadre du DFSCM, l'intégration des fournisseurs dès les phases amont des projets de conception (Nishigushi, 1994 ) Néanmoins, ces travaux concernant l intégration des contraintes logistiques supposent que la chaîne logistique existe déjà et les approches proposées sont

7 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 7 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique plutôt unidimensionnelles en ce qui concerne la vision de l intégration Intégration des contraintes des produits dans la conception des chaînes logistiques : La littérature sur la conception des chaînes logistiques s est intéressée à intégrer des contraintes venant des produits par des modélisations prenant en compte les nomenclatures, par l étude des particularités des produits et leurs effets sur la chaîne logistique (Baud-Lavigne, 2012). L intégration explicite des nomenclatures «produits» dans la conception de la chaîne logistique a été traitée par Arntzen et al. (1995), Cordeau et al. (2006) et Paquet (2007). Dans ces différents travaux, les nomenclatures des produits finis sont connues, donc la conception des produits est, a priori, terminée Conception simultanée du produit et de sa chaîne logistique Les travaux considérant la conception simultanée du produit et de sa chaîne logistique sont très récents (Lamothe et al., 2006), (Agard et Penz, 2009) et (El Maraghy et Mahmoudi,2009). Ces auteurs se sont focalisés sur la conception modulaire et la standardisation des composants et n ont intégré que quelques maillons de la chaîne logistique. Ces problèmes intégrés génèrent des modèles mathématiques complexes. Ceux- ci utilisent un très grand nombre de variables pour modéliser le problème d une façon complète et sont par conséquent difficiles à résoudre. 4. Approche proposée Nous proposons de combiner les trois approches précédemment présentées tout en évitant les limites de chacune. L approche proposée est une approche hybride combinant PLM et modèles mathématiques pour la conception du produit et de sa chaîne logistique (Figure.3).

8 8 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 Figure.3: Approche proposée Nous exploiterons l approche PLM par : L intégration des contraintes de la chaîne logistique dans la phase de conception, ces contraintes sont des flux d informations relatives à l entreprise de production, aux clients, aux fournisseurs, aux entrepôts et aux prestataires de transport qui peuvent être modifiées à chaque instant. La collaboration de tous les acteurs de la chaîne logistique. La conception simultanée du produit et sa chaîne logistique. La capitalisation et archivage de toutes les données. La possibilité de faire des modifications à chaque fois qu il y a de nouveaux aléas au niveau de chaque maillon de la chaîne logistique vu qu une stratégie de chaîne logistique basée sur la flexibilité et la rapidité est la meilleure approche pour gérer la pression croissante que subissent les chaînes logistiques actuelles. 5. Modélisation UML de la démarche proposée 5.1. Diagramme des classes : Le diagramme de classes (Figure. 4) modélise les différentes classes nécessaires pour notre démarche.

9 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 9 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique Figure. 4 :Diagramme de classe modélisant l approche proposée Classe «Maquette numérique» La maquette numérique est la représentation numérique du produit, elle peut nous fournir les informations suivantes sur le produit : sa nomenclature, sa géométrie, ses propriétés physiques et sa gamme de fabrication. Nous rappelons que cette classe représente le produit dans la phase de conception comme présenté dans le modèle PLM. Cette classe est caractérisée par un attribut booléen «statut», cet attribut donne une information sur l état d avancement de la conception. L attribut «statut» est une variable qui peut prendre deux valeurs : «statut = en cours», ce qui veut dire que la conception sur la maquette numérique du produit est en cours. «statut = préliminaire» ce qui veut dire qu on a élaboré une conception préliminaire qui n est pas finale, car à ce stade la modification de la maquette numérique est toujours possible Classe «Acteur logistique» La classe «Acteur logistique» est une généralisation des classes représentant les maillons de la chaîne logistique, à savoir le fournisseur, l entreprise de production, l entrepôt, le transport et le client. C est aussi une généralisation des classes «maillon

10 10 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 existant» et «nouveau maillon». Nous rappelons que nous avons considéré que la chaîne logistique se compose de maillons qui existent déjà et de nouveaux maillons qu il est nécessaire de concevoir. Le maillon existant est un maillon qui est préalablement disponible dans la chaîne logistique. Le concepteur doit satisfaire les contraintes de ce maillon tout en satisfaisant l intégralité des fonctions techniques imposées par le cahier des charges du client. Le nouveau maillon est un maillon nécessaire dans la chaîne logistique du nouveau produit. Il sera déterminé en prenant en considération les contraintes de la conception préliminaire du produit et celles des maillons existants Classe «Optimisation mathématique» La classe «optimisation mathématique» représente le modèle mathématique nécessaire pour l optimisation de chaque maillon de la chaîne logistique. Les modèles mathématiques ont comme objectifs la minimisation du coût d approvisionnement, du coût de production, du coût de stockage et du coût de transport. Les modèles mathématiques proposés ont été détaillés dans (Bouhaddou et al., 2014) Classe «Document» La classe «Document» représente l entité qui permet l archivage des données et la capitalisation des connaissances. L effort de capitalisation permettra de diminuer le temps de conception, en réutilisant ce qui est déjà validé, pour se concentrer uniquement sur les nouveaux choix à gérer pour une nouvelle solution. Ici, les données concernent principalement les contraintes des maillons de la chaîne logistique et les fichiers CAO décrivant le produit au cours des différentes étapes de sa conception Diagramme de séquences : Le diagramme de séquences a comme objectif de spécifier les messages et l ordre dans lequel ils sont échangés entre les différentes classes. Il présente l aspect dynamique de notre modélisation.

11 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 11 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique : Conception de la maquette numérique La figure.5 représente le diagramme de séquences modélisant l intégration des contraintes au niveau de la maquette numérique. Figure. 5 : Diagramme de séquences - Intégration des contraintes Initialement, la classe «maillon existant» va imposer ses contraintes sur la conception de la «maquette numérique», de même pour la classe «nouveau maillon». Au cours de la conception, l attribut «statut» de la classe «maquette numérique» est toujours égal à «en cours». A cette étape, la conception va essayer de satisfaire les contraintes imposées du cahier de charges du client et en parallèle penser aux contraintes qu imposent les deux types de maillons selon leur ordre d importance. La fin de la conception préliminaire est caractérisée par le basculement de la valeur de l attribut «statut» de «en cours» à «préliminaire». Cette première conception est archivée dans la classe «Document» Conception des maillons de la chaîne logistique Nous vérifions si cette conception du produit s adapte aux maillons existants de la chaîne logistique ou qu il est nécessaire d ajouter de nouveaux maillons. Il se peut aussi qu il soit indispensable de modifier certains maillons existants. Nous modélisons ces deux cas : Scénario 1 : Nécessité de reconfigurer certains maillons existants Dans ce cas (Figure. 6), il faudrait apporter les modifications nécessaires sur les maillons existants pour satisfaire la maquette numérique. Dans ce cas, c est la «

12 12 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 maquette numérique» qui impose ses contraintes sur «les maillons existants». Figure. 6 : Nécessité de reconfigurer certains maillons existants On procède de la façon suivante : On détermine les maillons existants auxquels le produit n est pas adapté. On passe ensuite à la reconfiguration des maillons qui ne sont pas satisfaits par la conception. On archive dans la base de données. Cette opération est traduite par l association entre la classe «Maillon existant» et la classe «Document». Scénario 2 : Nécessité d ajouter de nouveaux maillons Dans ce cas (Figure. 7), ce sont «la maquette numérique» et «les maillons existants» qui imposent leurs contraintes pour la conception du «nouveau maillon». Une fois le nouveau maillon déterminé, toutes les informations le concernant sont archivées. Ceci est traduit par l association entre la classe «Nouveau Maillon» et la classe «Document».

13 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 13 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique Figure. 7 : Diagramme de séquences Nécessité de concevoir de nouveaux maillons (scénario 2) Dans ce cas (Figure. 7), ce sont «la maquette numérique» et «les maillons existants» qui imposent leurs contraintes pour la conception du «nouveau maillon» Nous précisons qu à ce niveau là, les décisions prises concernant la conception des maillons de la chaîne logistique sont essentiellement stratégiques (sélection des fournisseurs, choix des entrepôts, choix des moyens de transport, investissement au niveau du site de production, ). Les décisions tactiques à savoir l optimisation des flux entre les différents maillons seront considérées dans les étapes suivantes Optimisation du coût des maillons de la chaîne logistique Une fois le produit conçu et les maillons de la chaîne logistique déterminés, on optimise leur coût.

14 14 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 Figure. 8 : Optimisation des maillons de la chaîne logistique Par la suite, on vérifie si le coût du produit tout au long de sa chaîne logistique est inférieur à un coût objectif estimé par l entreprise : Si oui, on archive la conception du produit (maquette numérique) et la chaîne logistique associée (ayant un coût optimal). Sinon, il est nécessaire de revoir la conception du produit (agir sur la maquette numérique) ou bien faire des modifications sur les maillons conçus. On revient alors à l état initial pour une nouvelle itération. 6. Conclusion La méthodologie proposée de conception simultanée du produit et de sa chaîne logistique est basée sur l approche PLM.

15 Proposition de modèles conceptuels basés sur le PLM (Product Lifecycle 15 Management) pour l optimisation de la chaîne logistique C est une démarche hybride combinant PLM et modèles mathématiques, elle réunit trois aspects fondamentaux : L aspect organisationnel : par l intégration de tous les acteurs de la chaîne logistique responsables des principales étapes du cycle de vie du produit. L aspect technologique : tous les acteurs sont réunis autour de la maquette numérique. Cette maquette numérique conditionne et structure le conception de la chaîne logistique. L aspect optimisation mathématique : une approche mathématique permet de construire une décision structurée et rationnelle. Les modèles mathématiques assurent l optimisation des coûts des différents maillons de la chaîne logistique. Ainsi, si l optimisation des chaînes logistiques était traitée dans la littérature comme une problématique purement mathématique, notre approche, quant à elle, se veut un carrefour entre science (modèles mathématiques) et technlogie (maquette numérique, technologies de l information et communication). Elle alterne modèles mathématiques, vérification avec la réalité et rectification sur la maquette numérique. La combinaison du PLM et des modèles mathématiques permettra de traiter le problème de façon plus réaliste, sans pour autant recourir à des modèles complexes. La complexité sera traitée partie par partie, avec une optimisation continue. Bibliographie : Abramovici, M., et Sieg C., Status and development trends of Product Lifecycle Management. Product Data Management, Product Lifecycle Management, Product development Digital Engineering, Engineering Collaboration, Agard, B. et Penz, B., A simulated annealing method based on a clustering approach to determine bills of materials for a large product family, International Journal of Production Economics, Vol.117, No.2, pp , Arntzen B.C., Brown G.G., Harrison T.P., Trafton L.L., Global supply chain management at digital equipment corporation, Interfaces, Vol. 25, No.1, pp 69 93, Baud-Lavigne B., Conception conjointe des nomenclatures et de la chaîne logistique pour une famille de produits : outils d'optimisation et analyse, Thèse de Doctorat, Université de Grenoble, Bouhaddou I., Benabdelhafid A., Ouzizi L., Benghabrit Y., Product lifecycle management approach to design a product and its

16 16 CIGIMS 2015, EST de Fès - 21, 22 et 23 mai 2015 optimised supply chain, International Journal of Business Performance and Supply Chain Modelling, Vol. 6, Nos. 3/4, pp , Cordeau J., Pasin F., Solomon M., An integrated model for logistics network design, Annals of Operations Research, Vol. 144, No.1, pp.59-82, Debaecker D., La gestion collaborative du cycle de vie des produits- Product Life-cycle Management, Hermès-Lavoisier, Dowlatshahi, S., A modeling approach to logistics in concurrent engineering. European Journal of Operational Research, Vol.115, No.1, pp.59-76, El Maraghy H., Mahmoudi N., Concurrent design of product modules structure and global supply chain configurations. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, Vol.22, No.6, pp , Fathallah A., Modélisation d entreprise : Proposition d une démarche de construction et de validation de modèles réalisant la cohérence des systèmes de l entreprise, Thèse de Doctorat, Ecole Centrale Paris, Grieves, M., Product Lifecycle Management : Driving the Next Generation of Lean Thinking, Mc Graw-Hill, New york, Jun H.B., Kiritsis D., Xirouchakis P., Research Issues on closed loop PLM. Computers in Industry, Vol.58, No.8/9, pp , Lee H.L., Effective inventory and service management through product and process redesign, Operations Research, Vol. 44, No. 1, pp , Le Duigou J., Cadre de modélisation pour les systèmes PLM en entreprise étendue, Application aux PME mécaniciennes, Thèse de doctorat, Ecole Centrale de Nantes, Nishiguchi T., Strategic Industrial Sourcing: The Japanese Advantage Oxford University Press, New York, Paquet M., Optimisation de l ingénierie de réseaux manufacturiers, Thèse de doctorat, Université Laval, Terzi, S., Gestion du cycle de vie des produits : Définitions, Problèmes ouverts et Modèles de référence, Thèse de Doctorat, Université de Nancy I, 2005.