Planification socio-responsable du travail dans les chaînes de montage d'aéronefs : comment satisfaire à la fois objectifs ergonomiques et économiques

Socio-responsible planning of work in aircraft assembly lines : how to satisfy both ergonomic and economic objectives

• Auteur / Autrice : Dmitrii Arkhipov
• Direction : Olga Battaïa, Julien Cegarra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 23/09/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recherche opérationnelle

Ergonomie

Planification

Aéronautique

Mots clés libres

Ligne d'assemblage

Ergonomie

Recherche opérationnelle

Assembly lines

Ergonomics

Operational research

Résumé

Dans cette thèse, le problème de planification des tâches dans les chaînes de montage des aéronefs est étudié. Ces lignes de production sont principalement manuelles et tactées. L'échec de la livraison dans les délais pouvant entraîner des pénalités importantes pour le fabricant, il est essentiel de respecter le calendrier de chaque poste de travail en tenant compte à la fois de critères économiques et ergonomiques. Ce problème de planification peut être considéré comme un problème généralisé de planification de projets avec contraintes de ressources (RCPSP). Dans un premier temps, nous passons en revue les méthodes ergonomiques existantes qui peuvent être utilisées pour évaluer la charge de travail physique dans les lignes de production et examinons leur applicabilité au contexte des chaînes de montage d'aéronefs avec des temps de cycle longs. Sur la base de cette évaluation, nous développons des modèles mathématiques à introduire dans les problèmes considérés du RCPSP afin de prendre en compte l'impact ergonomique sur les opérateurs. Tenant compte de ces contraintes ergonomiques, le problème industriel initial est modélisé comme un RCPSP avec des contraintes et des objectifs spéciaux intégrant à la fois des aspects économiques et ergonomiques. Plusieurs formulations avec des opérateurs polyvalents, des ressources avec des capacités dépendantes du temps, des contraintes sur les facteurs ergonomiques et des tâches multimodales ordonnées par des relations de précédence complexes sont considérées. Des modèles de programmation par contraintes et de programmation linéaire en nombres entiers ont été développés pour ces formulations. Afin d'améliorer les procédures de solution, de nouvelles techniques de propagation de contraintes sont proposées et mises en œuvre. Un nouvel algorithme pour le calcul de la borne inférieure est également développé. L'efficacité des modèles et méthodes présentés est validée par des expériences numériques.

In this thesis, the scheduling problem of tasks in aircraft assembly lines is studied. These production lines are mainly manual and paced. Since the failure of delivery on time may result in significant penalties for the manufacturer, it is crucial to meet the schedule at each workstation taking into account both economic and ergonomic criteria. This scheduling problem can be considered as a generalized Resource-Constraints Project Scheduling Problem (RCPSP). Firstly, we review the existing ergonomic methods that can be used to evaluate the physical workload in production lines and examine their applicability to the context of aircraft assembly lines with long takt times. On the basis of this evaluation, we develop mathematical models to be introduced in considered RCPSP problems in order to take into account the ergonomic impact on the operators. Taking into consideration these ergonomic constraints, the original industrial problem is modeled as a RCPSP with special constraints and objectives integrating both economic and ergonomic aspects. Several formulations with multi-skilled operators, resources with time-dependent capacities, constraints on ergonomic factors and multi-mode tasks ordered by precedence relations with time lags are considered. Constraint Programming and Integer Linear Programming models are developed for these formulations. In order to enhance the solution procedures, novel constraint propagation techniques are proposed and implemented. A new algorithm for lower bound calculation is developed as well. The efficiency of presented models and methods are validated through numerical experiments.