Commande optimale stochastique des systèmes manufacturiers en boucle fermée sous contrôle des émissions de gaz à effet de serre (GES)

Résumé

Au fil des ans, les investissements des organismes gouvernementaux et non-gouvernementaux sont beaucoup tournés vers les solutions des menaces que posent les changements climatiques à l’échelle mondiale. Dans l’exemple des pays de l’Amérique du nord, le modèle d’échange de droits d’émission du programme Western Climate Iniative (WCI) permet d’agir pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). De plus, pour une consommation responsable de nos ressources naturelles, le concept de l’économie circulaire attire beaucoup d’attention pour répondre à ses préoccupations environnementales. Au Canada, à travers les grandes orientations de la stratégie fédérale de développement durable, son déploiement est de plus en plus croissant, en particulier dans le secteur manufacturier par le biais de la logistique inverse. Afin de préserver notre environnement, les gestionnaires d’industries manufacturières doivent s’approprier de ces challenges environnementaux dans leur pratique de production sans toutefois perdre de vue l’aspect économique. C’est dans ce cadre, que s’inscrit le travail de ce mémoire visant l’intégration du contrôle des émissions de GES et de la logistique inverse dans la commande des systèmes manufacturiers dans un contexte dynamique stochastique. Les systèmes manufacturiers étudiés sont sujets aux phénomènes aléatoires tels que les pannes et réparations des machines et génèrent les émissions de GES nocives à l’environnement. Le problème de commande devient très complexe avec la prise en compte de tous ces aspects. Les contributions de ce mémoire sont présentées en trois parties. Dans la première partie, nous considérons que le système manufacturier est constitué d’une machine fabriquant un seul type de produits et supposons que son taux de panne et index d’émission sont constants. L’étude est d’élaborer la politique de commande rétroactive de production incluant le niveau d’émissions dans la prise de décision afin de minimiser le coût total. En plus des coûts de mise en inventaire de produits finis, de pénurie dans le coût total, nous avons aussi pris en compte le coût des émissions excédant la limite maximale imposée par les autorités compétentes. Cependant, en pratique industrielle le système se détériore, alors affecte sa fiabilité et son taux d’émission. Les réparations effectuées suite à la survenue de pannes étant minimes, l’envoi en maintenance préventive est donc nécessaire. La deuxième partie nous permet d’intégrer dans la première la dégradation progressive du système manufacturier durant son fonctionnement affectant sa fiabilité et son taux d’émission. Nous supposons que le taux de panne et l’index d’émission dépendent de l’âge de la machine. En raison des réparations minimes et l’effet de vieillissement, il est intéressant d’appliquer l’activité de maintenance préventive. Les politiques de commande rétroactives (production et maintenance préventive) sont élaborées dans cette partie afin de minimiser le coût total. En plus des coûts de mise en inventaire de produits finis, de pénurie, le coût des émissions excédant la limite maximale imposée par les autorités compétentes dans le coût total, nous avons intégré le coût de maintenance corrective et préventive. La dernière partie fait l’objet de l’étude du problème de planification de la production en contexte de logistique inverse sous contrôle de ses émissions de GES. Les politiques de commande rétroactives de production pour un système manufacturier hybride manufacturing/ remanufacturing en boucle fermée sont élaborées afin de minimiser le coût total. La machine de manufacturing produisant à partir de la matière première et celle de remanufacturing permettant la remise à neuf des produits usagés récupérés sur le marché, nous avons intégré dans le coût total, le coût de manufacturing et remanufacturing. Dans ce travail, nous avons utilisé pour la modélisation, d’une part les processus markoviens homogènes et d’autre part, semi-markoviens non homogènes où la dynamique de la machine était affectée par son historique. Une résolution numérique des conditions d’optimum, décrites par les équations d’Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB), a conduit à la solution du problème étudié. Pour valider la structure de nos politiques de commande obtenues, une analyse de sensibilité a été faite. Nous avons poursuivi par une étude comparative afin de montrer l’avantage des politiques proposées à celles de la littérature. Enfin, le travail s’achève par une implication managériale pour faciliter la mise en oeuvre des résultats obtenus. Ce mémoire démontre l’importance et la possibilité d’intégrer ces exigences environnementales en matière de réductions des émissions de GES et la valorisation des produits usagés dans la commande des systèmes manufacturiers afin de préserver notre environnement. Sous des hypothèses raisonnables, les résultats obtenus peuvent être bénéficiés à une pluralité de domaines industriels tels que les lignes d’assemblage d’automobiles, de véhicules ferroviaires et des aéronefs, les usines de fabrication de machinerie de construction, d’équipements de manutention et d’extraction minière.

Date	13 déc. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Jean-Pierre Kenné (Directeur(-trice)) & Ali Gharbi (Codirecteur(-trice))