Espinouse, Marie-Laure

Foussard, Ernest

Mounié, Grégory

Nattaf, Margaux

Hal - Université Grenoble Alpes

Économie circulaire et planification de maintenances pour optimiser la durée de vie d'un produit

HAL Descartes

INRIA a CCSD electronic archive server

HAL Id: hal-03217743https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03217743Submitted on 5 May 2021HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.Économie circulaire et planification de maintenancespour optimiser la durée de vie d’un produitErnest Foussard, Marie-Laure Espinouse, Grégory Mounié, Margaux NattafTo cite this version:Ernest Foussard, Marie-Laure Espinouse, Grégory Mounié, Margaux Nattaf. Économie circulaire etplanification de maintenances pour optimiser la durée de vie d’un produit. ROADEF 2021 - 22èmecongrès annuel de la Société française de recherche opérationnelle et d’aide à la décision, Apr 2021,Mulhouse, France. pp.1-2. ￿hal-03217743￿Économie circulaire et planification de maintenances pouroptimiser la durée de vie d’un produit∗Ernest Foussard1,2, Marie-Laure Espinouse1, Grégory Mounié2, Margaux Nattaf11 Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP‡, G-SCOP, 38000 Grenoble, France2 Univ. Grenoble Alpes, Inria, CNRS, Grenoble INP‡, LIG, 38000 Grenoble,FranceMots-clés : Planification de la maintenance, Économie Circulaire, Allongement de la duréed’usage, Ordonnancement, Programmation Linéaire en Nombres Entiers (PLNE)Introduction Depuis plusieurs siècles, les systèmes de production en Europe reposent princip-alement sur un modèle linéaire : extraire, produire, consommer et jeter. Pour répondre auxenjeux environnementaux du XXIème siècle, de nouveaux modèles économiques plus durablesont été pensés. Parmi eux, l’économie circulaire (EC) — définie par le ministère de la transitionécologique comme la production de biens et de services de manière durable en limitant laconsommation et le gaspillage des ressources et la production des déchets — fait l’objetd’une attention grandissante de la part des milieux politiques, académiques et industriels.L’allongement de la durée d’usage au moyen de maintenances préventives et de réparations estselon [1] la solution la plus circulaire pour limiter notamment la génération de déchets.Si de nombreuses études récentes en recherche opérationnelle abordent la problématique dela durabilité [2, 5], à notre connaissance, le problème de la planification de la maintenancedans le cadre de l’EC n’a pas encore été traité. Nous menons ici une étude exploratoire surl’optimisation de la maintenance dans un contexte d’EC. Pour cela nous considérons dans nosobjectifs d’optimisation la minimisation de la consommation des ressources et de la générationdes déchets ainsi que la durabilité des produits en maximisant la durée de vie des machines.Définition du problème Le problème présenté ci-après reprend de nombreuses caractéristi-ques des problèmes étudiés dans la littérature, et plus particulièrement la santé des équipements[4], l’usure au cours du temps des composants d’une machine et l’inclusion de la consommationd’énergie et de la génération de déchets en tant qu’objectifs [2, 3]. La principale originalité decette étude par rapport à la littérature de la planification de la maintenance est l’adaptation deces caractéristiques aux problématiques de l’EC : en particulier, la consommation de ressources,la génération de déchets et les perspectives de réutilisation sont considérées. Le suivi de l’usurecomposant par composant permet une meilleure gestion de ces aspects de l’EC.Dans cette étude, une seule machine à plusieurs composants est considérée sur un horizonde temps discret. Chaque composant a un niveau d’usure tel qu’au-delà d’un certain seuil, lamachine n’est plus utilisable. À chaque période, une des trois décisions suivantes peut être prise :exploiter la machine, effectuer une ou plusieurs maintenances parmi un ensemble d’opérationspossibles et laisser la machine inactive. L’exploitation entraîne l’usure des composants d’unmontant fixe, tandis que les maintenances permettent de régénérer, partiellement ou totalement,un ou plusieurs composants. Quatre objectifs sont considérés :— Maximiser le profit économique, c’est-à-dire maximiser les gains relatifs à l’exploitation dela machine et minimiser les coûts de la maintenance. Un bon niveau de vie des composantsen fin de vie permet leur réutilisation ou revente, et donc des profits supplémentaires.— Maximiser la durée de vie de la machine, i.e. maximiser le nombre de périodes d’exploitation.∗Ce travail a bénéficié d’aides de L’État gérées par l’Agence Nationale de la Recherche au titre duprogramme «Investissements d’avenir » portant les références ANR-15-IDEX-02 et ANR-11-LABX-0025-01‡Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes— Minimiser la consommation de ressources. Dans cette étude, nous avons considéré uneconsommation d’énergie et d’eau qui dépend affinement du niveau d’usure des composants.Le coût en ressources des opérations de maintenance est également considéré.— Minimiser la génération de déchets : seuls les déchets liés aux opérations de maintenancesont considérés ici. Si les composants sont très dégradés lors de la fin de vie de la machine,des déchets supplémentaires sont générés.Modélisation et expérimentations Le problème est modélisé par un PLNE indexé parle temps, les composants et les maintenances. Le PLNE fournit un planning indiquant lesdifférentes périodes d’exploitation, de maintenance et d’inactivité de la machine. Des coûts enressources sont considérés, ils sont directement liés au niveau d’usure de chaque composant.Dans un premier modèle, les maintenances peuvent être effectuées à plusieurs reprises sansperte d’efficacité. Dans un deuxième modèle, l’efficacité décroissante des maintenances estmodélisée au moyen de chaînes de précédence. Les variables sont indexées par le temps, leurnombre augmente drastiquement quand on améliore la densité d’échantillonnage du tempset par conséquent les temps de résolution augmentent considérablement. Afin d’améliorer lesperformances, les symétries du modèle ont été étudiées. Le placement des périodes d’inactivitéde la machine n’impacte pas la valeur des objectifs : cette symétrie est brisée en introduisantdes contraintes afin que les périodes d’inactivité soient repoussées à la fin du planning.Les lavomatiques étant fréquemment étudiés en EC, nous avons choisi ce cas d’étude pourévaluer les modèles. En raison de la rareté de données sur la maintenance des laveurs automati-ques, les jeux de données ont été partiellement construits à partir des données des réparateurs[6] et de valeurs générées aléatoirement quand les données sont inexistantes en s’inspirantde différentes caractéristiques réelles. Des instances de taille variable en nombre de périodes,nombre de composants et nombre de maintenances ont été testées afin d’évaluer le réalisme dessolutions proposées et de déterminer les limites des modèles en ce qui concerne les temps decalcul. Les deux versions du problème ont été testées avec prise en considération d’une partieou de la totalité des objectifs. Lorsque plusieurs objectifs ont été pris en compte, leur sommepondérée a été étudiée. De plus, les deux versions du problème ont été testées avec et sansles inégalités permettant de casser les symétries du modèle. Les premières expérimentationsont permis d’obtenir des plannings de maintenance en accord avec les objectifs d’allongementde durée d’usage et de minimisation des ressources et des déchets. Une analyse détaillée desperformances des modèles ainsi que des caractéristiques des solutions a donné de premiersrésultats prometteurs et permis d’identifier de nouvelles pistes de recherche.Références[1] Aggeri F, Beulque R and Micheaux H. Mettre en place une démarche d’économie circulaire.Mines ParisTech - PSL Research University - Centre de Gestion Scientifique, Rapport deRecherche, 2019, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02094669/.[2] Barbosa-Póvoa AP, da Silva C and Carvalho A. Opportunities and challenges in sustainablesupply chain : An operations research perspective. EJOR, 268(2) :399–431, 2018.[3] Moghaddam KS and Usher JS. Preventive maintenance and replacement scheduling forrepairable and maintainable systems using dynamic programming. Computers & IndustrialEngineering, 60(4) :654–665, 2021.[4] Nattaf M and Dauzère-Pérès S. Problème d’ordonnancement sur machines parallèles avecprise en compte de la santé des équipements : analyse et résolution. 20ème édition ducongrès annuel de la ROADEF, 2019.[5] Suzanne E, Absi N and Borodin V. Towards circular economy in production planning :Challenges and opportunities. EJOR, 287(1) :168–190, 2020.[6] Tecchio P, Ardente F and Matthieu F. Understanding lifetimes and failure modes ofdefective washing machines and dishwashers. J. Clean. Prod., 215 :1112–1122, 2019.

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03217743/file/resume_ROADEF.pdf

Économie circulaire et planification de maintenances pour optimiser la durée de vie d'un produit

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hal - Université Grenoble Alpes

HAL Descartes

INRIA a CCSD electronic archive server