Modélisation et optimisation du processus métier de fabrication de produits imprimés
Présentation
L’objectif de l’opération 2017/NP_BLC (Nouveaux Produits Bloc Liasse Carnet) commencé fin 2017 est de concevoir et éprouver les modélisations des nouvelles classes de produit, celles des machines outils dédiées à leur façonnage spécifique, de vérifier les règles métiers recensées auprès d’experts, d’intégrer ces modélisations au moteur de calcul afin de tester et mettre au point une solution transférable à notre solution logicielle Clariprint.
Etat de l’art
La modélisation des produits :
L’association internationale CIP 4 propose une modélisation XML des produits imprimés. Mais cette modélisation, prédestinée à la communication entre les machines pour accélérer leur paramétrage dans l’enchaînement des taches de fabrication, est insuffisante au regard de nos objectifs. Il est donc nécessaire d’enquêter sur le site de production pour déterminer de façon la plus exhaustive possible l’ensemble des paramètres techniques et tarifaires afin d’offrir une simulation réaliste et une optimisation de qualité.
Le problème de création des gammes de fabrication étant un problème majeur en imprimerie, il existe une offre logicielle essayant de répondre à la problématique.
On peut distinguer deux types d’offres :
- les outils intégrés aux systèmes de gestion de production (ERP) et de gestion commerciale.
- Les outils destinés aux acheteurs
Les premiers sont plutôt destinés à des experts métiers et proposent des outils d’aide à la décision sur des problématiques particulières de la conception. En proposant des outils d’optimisation locale, ils permettent un gains de temps lors de la conception mais demandent une expertise pour assurer la cohérence de la gamme. Par ailleurs, cette approche uniquement locale ne permet pas une optimisation globale et laisse l’utilisateur expert complètement libre.
Les seconds sont généralement des compléments à des systèmes de mise en relation et d’échange de document. Basés sur une approche de similarité, ils s’appuient sur des bases de données de devis pré-calculés (catalogue). Les demandes sont comparées à la base, et à partir des devis similaires, un prix est établi par pondération. Cette méthode a l’avantage de demander une faible connaissance métier lors de l’implémentation, donc un coût de développement faible. Cependant, les évaluations ainsi faites ne sont pas fiables et ne peuvent être vérifiées. Dans un problème avec un aussi grand nombre de variables et une aussi grande sensibilité à l’ensemble de ces variables, non-linéaires, l’utilisation d’une telle méthode est inapropriée.
Concernant les logiciels devis spécialisés destinés aux imprimeries, ils nécessitent d’être utilisé par un expert métier qui après analyse du produit à fabriquer et de l’outil de production va émettre des hypothèses méthodologiques pour déterminer des données essentielles au logiciel de devis. Clariprint étant destiné à des utilisateurs novices, cette expertise doit être intégrée au calculateur.
La modélisation des machines :
C’est le néant absolu, à part la documentation des machines, nous n’avons pu appuyer nos recherches sur aucune littérature.
Les verrous technologiques
Verrous globaux :
– il n’existe aucune modélisation précise des types de produit Liasse, Bloc ou Carnet en tant que tel dans les différents logiciels destiné aux imprimeries, l’expert deviseur qui utilise ces logiciels doit retranscrire le besoin dans une logique de fabrication (taches, opérations) . La modélisation JDF du CIP4 propose une abstraction orientée production qui n’est pas utilisable directement pour exprimer un besoin utilisateur ;
– Il n’existe aucune modélisation des postes de travail nécessaire au façonnage des Blocs Liasses et Carnets qui permettraient à un calculateur comme Clariprint de déterminer de façon 100 % automatique une gamme de fabrication réaliste;
– il n’existe aucun recueil des règles métiers, contraintes techniques et contraintes méthodologiques nécessaire à l’élaboration automatique des gammes de fabrication ;
Verrous locaux :
– comment déterminer les produits possibles sur une unité de façonnage en ligne de rotative continue type collateur de façonnage de liasses
Méthodologie – travaux de R&D
Définition des hypothèses
Nous avons travaillé avec deux partenaires imprimeurs :
– l’imprimerie Sifac pour le procédé impression en continu destiné aux forts tirages du type de produit Liasse ;
– l’imprimerie Imprimalog pour les procédés offset feuille à feuille destiné aux moyens tirages et impression numérique destinée aux petits tirages ;
Lors de plusieurs visites, nous avons observé les différentes chaînes de fabrication et interrogé des experts (deviseurs, fabricants, responsables d’atelier), avec pour objectifs de lister :
– les contraintes techniques bornant le périmètre d’intervention de chaque poste de travail ;
– les degrés de configurations de chaque poste de travail déterminant la combinatoire ;
– les variables influençant les temps de préparation ;
– les variables influençant la cadence ;
– les variables influençant la gâche (malfaçon) ;
Avec l’aide des experts nous avons proposé des fonctions de coût
Travaux
A l’issue de cette première phase d’analyse et de recueil, nous avons découpé le travail en 4 phases :
1/ le calcul des Liasses sur procédés de fabrication feuille à feuille ;
2/ le calcul des Liasses sur procédés de fabrication rotative continu (alimentation en bobine) ;
3/ le calcul des Blocs ;
4/ le calcul des Carnets ;
Les Liasses sont des produits composites issus d’un assemblage de produit simple de type feuillet .
Les Blocs sont des produits composites issus d’un assemblage de produit simples et/ou de plusieurs Liasses, et les Carnets sont des Blocs avec une couverture et éventuellement d’autres options de façonnage. La résolution de la problématique Liasse était donc un préalable à celle des Blocs et Carnets.
Travaux commun :
Pour chaque phase nous avons conçu :
a/ une représentations utilisateur des produits à calculer, la finalité étant qu’une personne novice puisse décrire son besoin de manière intuitive
b/ une représentation interne au moteur de calcul, chaque typologie de produit utilisateur doit être convertie en expression logique de type propre au moteur de calcul de Clariprint,
c/ des représentations objet des machines outils,
d/ les nouvelles taches et opérations spécifiques nécessaires à la transformation du produit en cours de fabrication, ou à l’assemblage de sous-produits,
e/ les fonctions de coût liées à ces opérations,
Pour chaque phase nous avons intégré :
a/ les contraintes physiques des machines (limitations dimensionnelles),
b/ des règles méthodologiques, d’ordonnancement des opérations,
Travaux spécifiques aux Liasses dans le procédé feuille à feuille :
Les feuillets composant les liasses peuvent être imprimés soit par une machine offset ou numérique dite feuille à feuille, soit par une presse rotative dite « en continu ».
Le procédé d’impression feuille à feuille intervient dans un processus de fabrication séquentiel ou les opérations s’enchaînent sur des postes isolés. Clariprint dispose d’un algorithme dédié à l’optimisation des gammes de fabrication des produits issus d’une impression feuille à feuille. Il fallut néanmoins intégrer de nouvelles contraintes métiers spécifiques aux composants des Liasses dans le pilotage des impositions. Les techniques d’imposition consiste à arranger les produits sur le support papier avant une opération permettant quand c’est possible d’augmenter la cadence.
Travaux spécifiques aux Liasses dans le procédé rotative continue :
Le procédé d’impression rotative en continue couplé à un collateur de liasse est traité comme une chaîne de production. Contrairement au procédé feuille à feuille, il n’y a pas d’alternative dans l’enchaînement des opérations, il y a moins de flexibilité dans le choix de l’imposition. La stratégie d’optimisation est complètement différente. Pour le procédé feuille à feuille, on part du produit pour déterminer un processus car dans l’absolu la combinatoire d’un atelier flexible est infinie. Pour la fabrication en continu, la combinatoire est finie, donc nous avons cherché à déterminer l’ensemble de l’offre produits réalisable, puis à comparer cette offre au besoin afin de déterminer s’il est possible de s’en rapprocher. Il a donc été nécessaire de concevoir un algorithme de génération de la combinatoire spécifique au couplage d’une presse continue et d’un collateur de liasse.
Tests et mise au point
Les experts métiers nous ont fournis pour chaque type de produits et procédés de fabrication une liste de dossiers de fabrication correspondant à des cas réels. Dans un premier temps nous nous sommes attachés à valider la faisabilité des gammes de fabrication calculées par Clariprint. Pour chaque gamme calculée, nous avons analysé les logs afin de comprendre les écarts avec le dossier de fabrication de référence.
Nous avons rencontré plusieurs types de mauvais calculs issus de multiples causes :
– calcul impossible : bug ou point de blocage dans l’exploration combinatoire,
– gamme calculée non réalisable, violation d’une contrainte dimensionnelle
– gamme réalisable mais optimisation insuffisante, soit un problème d’optimisation de l’imposition, soit un mauvais choix de machine, soit un mauvais choix de papier, une fonction de coût défaillante
Ces phases d’épreuvage sont très chronophages, nous avons essayé au début de restreindre au maximum la combinatoire (peu de machines et de formats papier) afin de faciliter la lecture de logs et traiter plus rapidement les premières anomalies, mais nous avons du ensuite l’élargir pour éprouver la qualité de l’optimisation. Dès lors nous avons du analyser des logs de plusieurs dizaines de mégaoctets.
Conclusion
Fin 2018, le module dédié au type Carnet n’est pas terminé, les modules Liasses et Blocs ont été mis à disposition de beta-testeur afin de poursuivre l’épreuvage. Nous espérons qu’ils pourront être transférable en production courant 2019.