A two-level hedging point policy for controlling a manufacturing system with time-delay, demand uncertainty and extra capacity

This paper focuses on the production control of a manufacturing system with time-delay, demand uncertainty and extra capacity. Time-delay is a typical feature of networked manufacturing systems (NMS), because an NMS is composed of many manufacturing systems with transportation channels among them and the transportation of materials needs time. Besides this, for a manufacturing system in an NMS, the uncertainty of the demand from its downstream manufacturing system is considered; and it is assumed that there exist two-levels of demand rates, i.e., the normal one and the higher one, and that the time between the switching of demand rates are exponentially distributed. To avoid the backlog of demands, it is also assumed that extra production capacity can be used when the work-in-process (WIP) cannot buffer the high-level demands rate. For such a manufacturing system with time-delay, demand uncertainty and extra capacity, the mathematical model for its production control problem is established, with the objective of minimizing the mean costs for WIP inventory and occupation of extra production capacity. To solve the problem, a two-level hedging point policy is proposed. By analyzing the probability distribution of system states, optimal values of the two hedging levels are obtained. Finally, numerical experiments are done to verify the effectiveness of the control policy and the optimality of the hedging levels. © 2005.link_to_subscribed_fulltex

Protection optimale des réseaux logistiques contre des attaques

L’évolution des réseaux logistiques s'accompagne du risque inquiétant d'attaques intentionnelles et ils deviennent de plus en plus des cibles potentielles. Il est donc essentiel de les protéger contre ces attaques. Cette thèse développe une méthode d’allocation optimale des ressources de défense des entités de réseaux logistiques contre des attaques intentionnelles, dans le contexte de l’optimisation de la localisation des installations. Cette méthode permet de calculer les dégâts, d’évaluer la valeur d'une cible critique et de répartir de façon optimale des ressources limitées de défense, et ce, en tenant compte de la stratégie de l’attaquant. Trois cas de réseaux logistiques sont étudiés dans cette thèse. Nous considérons tout d’abord le contexte de localisation d’installations à capacité illimitée où une stratégie de protection optimale est sélectionnée. Ensuite, la notion de capacité supplémentaire est utilisée comme moyen de protection indirecte, permettant de réduire le dommage encouru. Enfin, comme l'efficacité d’un réseau logistique est largement déterminée par le bon fonctionnement des entrepôts, ces derniers sont également protégés de la même façon que les usines. Alors que l’objectif du défendeur est de minimiser les dégâts, l’attaquant va chercher à maximiser ces dégâts. Dans les trois cas considérés, le problème sera défini comme un jeu non coopératif min-max à deux périodes dans lequel le défendeur joue en premier. Cela signifie que le défendeur choisit une stratégie à la première période qui minimise le dégât maximal que l’attaquant pourrait causer à la seconde période. Dans le but d’estimer les utilités des joueurs, la méthode proposée évalue l’espérance mathématique de plusieurs coûts : le coût nécessaire à la restauration des installations endommagées, les coûts encourus en raison de l'augmentation possible des coûts de transport suite à des attaques, et le coût dû à une rupture de stock. Un algorithme est développé afin de déterminer la solution d'équilibre et la stratégie de défense optimale. Dans chacun des cas étudiés, notre méthode est comparée à d'autres stratégies. Les résultats obtenus montrent clairement l’efficacité de notre modèle et l’apport de la capacité supplémentaire comme moyen de protection indirecte, ainsi que l’importance de protéger les entrepôts.The evolution of logistic networks is accompanied by the worrisome risk of intentional attacks and these networks increasingly become potential targets. It is essential to protect them against these attacks. This thesis develops a method for the optimal allocation of defensive resources among the entities’ logistic networks to protect against intentional attacks in the context of facility location optimization. This method is developed to calculate the expected damage, evaluate the value of a critical target and optimally distribute the limited defensive resources, taking the attacker’s strategy into account. Three cases of logistics networks are studied in this thesis. We first of all consider the context of the uncapacitated fixed-charge location where a strategy of optimal protection is selected. Then, extra-capacity is used as a means for indirect protection, allowing the reduction of the expected damage. Lastly, as the efficiency and effectiveness in any logistics network is largely determined by the correct operation of the warehouses, the latter are also protected in the same way as the plants. Whereas the defender’s objective is to minimize the damage, the attacker seeks to maximize this damage. In the three cases considered the problem formulation as a two-period game where the defender invests in the first period. This means that the defender selects a strategy in the first period that minimizes the maximum loss the attacker may cause in the second period. A method is developed to evaluate the utilities of the players. This method evaluates many expected costs, including the cost needed to restore disabled facilities, the backorder cost, and the cost incurred because of the change in transportation costs after attacks. An algorithm is developed to find the equilibrium solution and the optimal defence strategy. Our method is compared to other suggested strategies. Obtained results clearly indicate the effectiveness of our model and the indirect protection by extra-capacity deployment, as well as the importance of protecting the warehouses

Commande des systèmes manufacturiers non-fiables en intégrant des aspects environnementaux

Dans les dernières années, l’intégration de la dimension environnementale a attiré beaucoup d’attention, et la sensibilisation du public envers les préoccupations environnementales a augmenté. Au niveau des pays, le Protocole de Kyoto (1997), signé par 37 pays industrialisés et les Membres de l'Union Européenne (UE), a encouragé ces pays à réduire leurs émissions du gaz à effet de serre (GES) (Toptal, 2014). L’industrie manufacturière est aussi concernée par cette évolution au niveau de la considération des émissions nuisibles à l’environnement dans le processus de fabrication. À titre d’exemple, selon le gouvernement du Québec, pour l’année 2010, le secteur industriel arrivait en deuxième place (après le secteur de transport) en termes d’émission de gaz à effet de serre (GES) avec 32,9% des émissions total de la province. Ainsi, les décideurs se doivent de développer les meilleures pratiques de gestion environnementale sans perdre de vue l’aspect économique. Dans ce contexte, on s’intéresse dans ce mémoire à l’étude de la problématique d’intégration de l’aspect environnementale dans la gestion de systèmes manufacturiers sous l’approche de commande optimale stochastique. En pratique, le domaine manufacturier est caractérisé par un comportement très dynamique à cause des différents aspects à tenir en compte simultanément (production, maintenance, qualité, …) en plus des évènements aléatoires (panne, réparation, délai de livraison…). Dans ce projet de recherche, nous avons abordé le problème de contrôle des systèmes manufacturiers non- fiables en considérant la protection de l’environnement dans les décisions stratégiques de l’entreprise. Dans la première partie de ce mémoire, nous étudions un système manufacturier non-fiable qui génère des émissions dans l’environnement. Il est alors question de développer une nouvelle politique de commande rétroactive qui tient compte des émissions dans la décision de production afin de minimiser le coût total et réduire le bilan d’émission. En plus des coûts de stockage et de pénurie, nous avons considéré un coût d’émission sous l’approche de plafond d’émission. Dans la deuxième partie, on intègre le contrôle de la maintenance en plus de la production dans un contexte de dégradation de l’équipement. L’originalité de ce travail est au niveau de la relation établie entre la dégradation de la machine et les émissions générées. Une étude comparative de plusieurs politiques de commande de la production et de la maintenance (overhaul et maintenance préventive) est menée afin d’étudier l’interaction entre les trois aspects (production, maintenance et émission). Dans la dernière partie, on s’intéresse à l’étude du problème de contrôle de la production et des émissions dans un contexte de sous-traitance. L’objectif est de mesurer l’efficacité du recourt à un sous-traitant pour améliorer la stratégie environnementale de l’entreprise et réduire les coûts d’émission. L'effet des caractéristiques du sous-traitant (disponibilité, délai de livraison, coût) sur la décision de sous-traitance et de production est étudié. Ainsi, des outils d’aide à la décision pour la sélection du sous-traitant sont proposés. Vu la complexité des problèmes étudiés et les limites des méthodes analytiques, on propose, dans ce projet de recherche, une approche de résolution expérimentale combinant la simulation, le plan d’expérimental et la méthodologie de surface de réponse. En résumé, ce mémoire amène une contribution à plusieurs égards dans le contexte de la commande des systèmes manufacturiers non- fiables. En effet, nous avons abordé l’intégration de l’aspect environnemental dans la gestion des systèmes manufacturiers à plusieurs dimensions (production, maintenance, sous-traitance)