Ce qu'il faut absolument savoir sur la planification de l'implantation des usines

Le terme planification d’implantation (layout planning) se compose de deux notions ayant la signification suivante :

• Layout : la disposition, le plan ou l’ébauche ; à comprendre aussi comme la visualisation détaillée d’une image mentale en vue de l’exécution ultérieure
• Planification : l’anticipation mentale d’actions en pesant ou en comparant les variantes possibles

Les deux notions impliquent la volonté de concevoir un état futur.

Lors de l’implantation des équipements et machines dans un layout d’usine, il est toujours primordial de minimiser les transports internes et de maintenir les coûts aussi bas que possible. Une usine compte de nombreux objets d’implantation, comme des machines, des tables de travail ou des éléments de stockage, d’où peuvent partir des transports.

Une disposition optimale dans un layout est donc aussi un défi pour le planificateur, qui doit facilement intégrer des centaines de relations de transport différentes dans une vue d’ensemble. C’est alors l’objet de la planification des flux de matériaux. Outre les transports, la surface requise pour les équipements et le matériel est un facteur important de la planification d’implantation, car elle influence de manière déterminante les coûts immobiliers.

Le layout d’une usine est planifié en niveaux hiérarchiques (voir le schéma à droite) afin de ramener la complexité de la planification à un niveau raisonnable. Le temps de planification s’en trouve réduit ; de plus, de meilleures solutions peuvent être obtenues dans le même laps de temps. Le niveau de détail de la planification d’implantation augmente à chaque resserrement de la perspective – du site de production (gris) au groupe d’usinage (vert), en passant par le hall de production (bleu).

Au cours du processus de planification, on passe sans cesse d’un niveau de détail à l’autre, indépendamment de l’avancement de la planification. C’est pourquoi il est important de séparer les niveaux de détail le plus tôt et le plus précisément possible : cela facilite considérablement la planification d’implantation par la suite.

Pour créer un concept d’usine durable, une seule journée n’est qu’un instantané. Il est plus important d’étudier la production sur une période prolongée et de trouver une disposition optimale qui ne devra être que légèrement modifiée pour s’adapter aux conditions changeantes. Cela économise du temps et des coûts.

Le concept de base ne changera pas à court terme. Les modifications mineures, en revanche, peuvent être réalisées rapidement grâce à un layout à jour et bien structuré.

Le modèle d’usine contient tous les objets nécessaires pour planifier un site de production. Il faut considérer les objets mobiles (équipements) et immobiles (bâtiments). Dans le layout s’effectuent finalement la disposition spatiale de tous les objets et l’examen de leurs interactions, principalement en ce qui concerne les surfaces et les flux de matériaux.

Les méthodes fondamentales de la planification d’implantation n’ont pas changé, mais l’évolution technologique, en particulier celle des technologies de l’information, a fortement influencé l’application des méthodes connues. Le changement concerne surtout l’assistance du planificateur, par des automatismes, dans les activités manuelles complexes. Les différences apparaissent clairement lorsqu’on compare la planification analogique et la planification numérique.

La planification sur papier peut être comprise comme une planification d’implantation bidimensionnelle et analogique. À cette fin, les objets d’implantation de l’usine sont découpés sous forme de gabarits en papier à l’échelle (p. ex. 1:100) pour pouvoir ensuite être disposés sur un plan de hall imprimé ou dessiné. La planification d’implantation trouve son origine à l’ère prénumérique, mais elle est parfois encore utilisée aujourd’hui.

L’avantage de la planification sur papier réside dans la possibilité simple de planifier en groupe autour d’une table et d’échanger des idées. Il en résulte un processus créatif de recherche de solutions. De plus, de simples gabarits en papier peuvent être créés relativement vite et à moindre coût. L’inconvénient de la planification analogique est toutefois l’absence d’ordinateurs pour résoudre des tâches complexes, comme la planification des flux de matériaux ; la sauvegarde et la réutilisation efficaces de différentes variantes et états de travail sont également très laborieuses. Le travail réparti sur plusieurs sites est nettement plus difficile, voire impossible.

C’est là qu’intervient la planification numérique, qui élimine les inconvénients de la planification sur papier tout en permettant le travail en équipe et l’échange d’idées. La planification numérique élargit également les possibilités en matière de planification 3D réaliste, capable d’éviter les erreurs dues à des hauteurs de passage insuffisantes (porte trop basse, par exemple), et permet le calcul ad hoc ainsi que la visualisation de centaines de relations de transport et d’autres paramètres clés de la planification, dès qu’un participant déplace un équipement dans le layout. La qualité et l’acceptation des solutions s’en trouvent nettement accrues.

Pour numériser le travail en équipe de la planification sur papier, le logiciel doit être facile à utiliser, disposer d’une bibliothèque de modèles appropriée et, si nécessaire, permettre la saisie tactile sur des appareils adaptés. Il est ainsi possible d’impliquer beaucoup plus de personnes dans le processus de planification, ce qui est important pour l’échange d’idées et la résolution de problèmes.

Les segments de production ainsi disposés ne sont planifiés en détail que dans un deuxième temps, et seulement une fois le layout idéal ou le block layout validé. La raison en est le temps à investir, qui est bien plus important pour le layout détaillé qui suit, car il faut prendre en compte beaucoup plus d’objets d’implantation et de contraintes. Il est bien plus facile de décider d’abandonner un layout global qu’un layout détaillé entièrement planifié.

Une zone de fabrication auparavant représentée par un simple bloc est ensuite décomposée en objets de planification individuels. Le layout détaillé débouche finalement sur un plan d’implantation précis, utilisé pour la réalisation dans l’usine et montrant la disposition future de tous les équipements.

L’approche top-down est toujours une méthode judicieuse. Cela signifie que, dans un premier temps, l’objet de la planification est simplifié autant que nécessaire, p. ex. en ne concevant le layout qu’avec des blocs simples et des segments de production complets (groupes d’usinage, par exemple). Le nombre d’objets d’implantation est réduit, ce qui permet une planification très rapide et d’abord globale. Il en résulte le layout idéal ou encore le block layout.

Qu’il s’agisse du layout idéal, du block layout ou du layout détaillé, il y a toujours différentes variantes à comparer. Les efforts de transport et les besoins en surface sont les deux paramètres les plus importants, mais les croisements de flux, les coûts du système de transport et les zones fonctionnelles particulières (p. ex. salles blanches) peuvent aussi jouer un rôle.

Pour que le planificateur puisse également prendre en compte les facteurs plus qualitatifs, le logiciel l’assiste dans le calcul des paramètres clés et des interdépendances complexes sur la base d’un layout numérique. Les variantes peuvent être comparées et sélectionnées très rapidement à l’aide d’indicateurs (KPI), et les quelques variantes restantes discutées en détail par l’équipe.

L’objectif de la numérisation est de créer un modèle d’usine cohérent et facilement extensible, qu’il soit bidimensionnel ou tridimensionnel. La base est une bibliothèque de modèles qui contient idéalement tous les équipements d’usine nécessaires à la planification d’implantation. Les modèles de planification doivent être correctement dimensionnés, faciles à localiser et à identifier, et disponibles avec un niveau de détail suffisant pour la planification d’implantation.

D’une manière générale, on distingue les données de bâtiment des données d’équipement. Les bâtiments existants ne changent généralement que très peu ; les bâtiments nouvellement planifiés, en revanche, peuvent évoluer fortement au cours du processus de planification. Pour la planification, un modèle de bâtiment numérique doit pouvoir être décomposé en étages.

Les équipements sont utilisés en planification d’implantation comme objets d’implantation mobiles et ne changent généralement plus. Ils sont importés une seule fois dans la bibliothèque de modèles comme objets de planification. Les installations plus complexes sont décomposées en modèles individuels de manière à pouvoir effectuer la disposition comme souhaité.

Le plus grand défi, outre le relevé de l’existant, est de permettre au planificateur d’utiliser efficacement ces données numériques. Sa tâche consiste à identifier la disposition optimale dans l’usine. La création des géométries requises et, finalement, des objets de planification est une mesure préparatoire.

Le principe fondamental de la planification industrielle est « aussi détaillé que nécessaire ». Des modèles appropriés doivent être disponibles selon la phase de planification. Il peut s’agir de simples assemblages de blocs (groupe d’usinage représenté grossièrement dans le block layout) ou d’un modèle de machine détaillé du fournisseur (avec pupitre de commande, portes et lampe de signalisation dans le layout détaillé). Les bibliothèques de modèles numériques peuvent être utilisées et gérées de manière décentralisée.

La décision dépend de l’objectif de planification. Les questions suivantes aident à y voir clair :

Le schéma ci-dessous montre, à titre d’exemple, différents niveaux de détail d’un modèle de planification d’une presse à injecter en 2D et en 3D. Le niveau de détail augmente de gauche à droite. Il faut peser la charge de travail de création face à la qualité du modèle de planification. Le choix d’un niveau de détail doit dépendre en premier lieu de la possibilité d’atteindre l’objectif de planification.

Par exemple, une disposition relativement précise des blocs d’équipements, en tenant compte des hauteurs totales, peut être réalisée avec le modèle 3D du premier niveau de détail (à gauche). Une pure représentation 2D suffirait également si les hauteurs sont sans importance. Il n’est toutefois pas possible d’identifier les différents composants comme l’alimentation en matière, le côté opérateur ou les hauteurs partielles. Si de tels éléments sont importants pour la planification, le troisième niveau de détail (deuxième à partir de la droite) serait mieux adapté. Dans la représentation 2D, le côté opérateur devrait être indiqué par une symbolique appropriée. Si le modèle doit être identifiable très précisément et être utilisé pour des présentations, y compris en réalité virtuelle, le quatrième niveau de détail (à droite), exclusivement en 3D, est le choix idéal, car les détails restent reconnaissables comme sur le produit réel et soutiennent bien la visualisation à l’échelle 1:1.

Un niveau de détail élevé ne signifie pas automatiquement un très grand volume de données. Des modèles de planification bien optimisés ne possèdent que 1/100 à 1/1 000 du volume de données initial des données produit ou CAO d’origine, afin de rendre possible la disposition de milliers d’objets dans le modèle d’usine numérique.

Il en va de même pour les données des bâtiments. Le schéma ci-dessous montre un niveau de détail possible selon le cas d’application. Le niveau de détail augmente de gauche à droite.

Le premier niveau de détail (à gauche) prend grossièrement en compte les limites de l’espace, tant en surface qu’en hauteur, jusqu’aux installations techniques. Si les ouvertures de portes et de fenêtres doivent également être prises en compte dans la planification, le deuxième niveau de détail (au centre) est au minimum nécessaire, tandis qu’une visualisation réaliste exige le troisième niveau (à droite).

Le layout est aussi un document numérique. Il représente l’usine, idéalement dans son état actuel ou tel que planifié pour l’avenir. Un tel modèle d’usine permet aussi de documenter l’ensemble des équipements, y compris leurs propriétés (désignations, fonctions, investissements, etc.). Un layout à jour est donc un élément important du management de la qualité d’une usine et peut servir de plateforme de communication à toutes les personnes impliquées dans l’organisation – tant horizontalement que verticalement.

Dans de nombreux cas, la vue 3D d’un logiciel de planification aide à éviter les erreurs de planification et à soutenir l’exploitation de l’usine. Les aspects suivants sont pertinents :