SMED

L'effet "coup de fouet"

L'effet "coup de fouet" ou "Bullwhip effect" a été mis en évidence par le théoricien des systèmes J. Forrester en 1961. Celui-ci a démontré que de faibles variations de la demande se traduisent dans une organisation en flux poussé par des augmentations de stocks intermédiaires d'autant plus importantes que l'on remonte en amont dans la chaîne de prodcution.

Coup de fouet 1

Cette amplification s'explique par les tailles de lot et surtout le manque de dialogue entre les processus de production (ou encore les délais de traitement de l'information) qui prennent en compte, chacun à leur niveau, la variabilité de la demande du processus aval avec une marge de sécurité. L'évolution subie du besoin par chaque processus n'étant pas coordonnée, l'augmentation des stocks intermédiaires pour faire face à une éventuelle répétition de cette variation de la demande s'amplifie en remontant la chaîne de la valeur. 

Cela agit d'ailleurs sur la demande elle-même qui constatant un manque de réactivité de la production risque d'anticiper avec une marge de sécurité son besoin (effet Houlihan).

L'approche Lean et en particulier son pilier juste-à-temps permet de contrer l'effet coup de fouet par la mise en place :

  • d'un supermarché de produits finis qui agit comme un tampon capable d'absorber ces variations,
  • d'un flux tiré, qui instaure un dialogue entre les processus amont et aval, permettant de faire remonter la consommation réelle du client à toute la chaîne de la valeur,
  • d'un lissage de la production et d une réduction des tailles de lots, qui permettent de répondre avec une plus grande flexibilité aux évolution de la demande client (on produit de tout, tout le temps).

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La VSM est la mise en place d'un flux au plus juste - Partie 2

Sur la base de la VSM établie dans la 1ère partie (§ 2), nous allons transformer l'actuel flux de création de la valeur en un flux au plus juste. Cela nous permettra, alors, de tracer l'état futur du flux de création de la valeur ou VSD (value stream design) (voir Partie 1 §3).

Pour ce faire, il faudra respecter les 6 règles suivantes :

  I.   Déterminer le rythme de production correspondant à la demande client lissée dans le temps et vérifier la stabilité de la production

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Il s'agit d'établir le Takt time associé à la famille de produits étudiée (voir calculs en 1ère partie).

  • La demande client est moyennée sur une période suffisamment représentative. On peut éventuellement déterminer plusieurs Takt time si la demande est sujette à de fortes fluctuations saisonnières.
  • Le temps disponible n'inclut pas les périodes d'inactivités organisées (temps de pause ou de repas). On ne s'intéresse pas ici aux temps "perdus" pour la maintenance, le règlage, les non-qualités et les temps de changement de série des équipements
  • On note que le TT double lorsque l'usine est organisée en 2 x 8 et triple en 3 x 8
  • Le takt time d'un poste amont peut être un multiple du TT d'un poste aval si celui-ci intègre dans sa production plusieurs exemplaires d'un composant produit par le poste amont

La mise en oeuvre des règles suivantes (en particulier II et III) nécessite une certaine stabilité des processus de production, c'est à dire des taux de qualité, de disponibilité et de fiabilité de chaque processus suffisants (TRS > 75%) pour permettre un enchaînement robuste des processus composant la chaîne de production. Si ce n'est pas le cas, il est préférable de lancer des chantiers d'amélioration des performances de chaque processus (TPM, 5S, ...) avant de poursuivre la mise en place d'un flux au plus juste.  

  II.  Mettre en place un flux continu (« one piece flow » par opposition à un « batch and queue flow ») chaque fois qu’il est possible de le faire : il s’agit donc de regrouper les processus afin de supprimer les stocks intermédiaires. Cela n’est possible que si :

  • Les deux processus sont proches géographiquement et dédiés à la famille de produit étudiée,
  • Le temps de changement de série des processus considérés sont proches afin de pouvoir les coordonner dans le nouveau processus,
  • Les temps de cycle des deux processus à « compacter » sont du même ordre de grandeur (sans quoi les stocks intermédiaires ne pourront être évités) et réguliers (pas de variations aléatoires)

L'application de la règle II nécessite d’établir un Yamasumi (bar chart des temps de cycle par équipe de chaque processus comparé au TT) afin d'étudier l'équilibrage des charges par poste permettant de répondre au Takt time (cf. règle I).

TC réel ou apparent = (TC / TRS) / nbr d'équipes 

Pour les processus dont le TC réel est :

  • Supérieur au TT : le processus n’est pas capacitaire (il ne permet pas de répondre à la demande). Un chantier d’amélioration du flux sera à conduire (AD, SMED, 5S, TPM,…) faute de quoi il sera nécessaire de dupliquer le poste pour le rendre capacitaire. Si ce n'est pas envisageable (investissements trop importants, par exemple), le processus est un goulot : il est alors recommandé de l'exploiter par application de la méthode DBR (théorie des contraintes).

Lorsque le dépassement est légèrement supérieur, un recours aux heures supplémentaires peut permettre de tenir le TT

  • Inférieur au TT : le regroupement du processus avec le(s) processus amont(s) ou aval(s) est à étudier en vue de mettre en place un flux continu.

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La mise en place d'un flux continu transforme les ateliers spécialisés (par métiers ou types de machines) en cellules "produits" (en U ou en ligne). Cette transformation s’accompagne bien souvent d’une réduction des surfaces de production (chantier Hoshin) parce que le flux continu nécessite de rapprocher physiquement les postes de travail.

Le flux continu conduit à développer de la polyvalence/poly-compétences puisque chaque opérateur est amené à travailler partiellement sur chacun des processus compactés. La répartition du travail entre opérateurs nécessite d’établir une analyse de déroulement précise des processus :

  • en distinguant les temps-homme des temps-machine (un opérateur doit pouvoir réaliser des tâches à plus-value pendant qu’une machine réalise un cycle)

  • en veillant à supprimer les tâches sans plus-value, les tâches hors cycle (quitte à les confier à du personnel support).

Cette analyse de déroulement est l’occasion de réduire le temps de cycle en modifiant les opérations de chargement en pièce à pièce et en automatisant, si possible, les opérations de déchargement.

Un graphe d’équilibrage des postes par rapport au Takt time permet :

  • de définir le nombre d’opérateurs nécessaires pour armer la cellule en flux continu, et,

  • de distribuer les tâches (par cycle) par opérateur.

Ainsi, si la demande client évolue (nouveau TT), la production sera accélerée ou ralentie en modifiant le nombre d'opérateurs affectés à la cellule.  

On vérifie, en outre, que les temps de cycle effectifs (temps machine + temps de chargement/déchargement + temps de changement de série) des machines ont une marge de 20% (règle issue du Toyota Prodction System) par rapport au TT, afin d’avoir une flexibilité suffisante en cas de variation raisonnable de la demande client.

 III.  Instaurer un système de flux tiré lorsqu’un flux continu n’est pas envisageable (opérations géographiquement éloignées, machines partagées avec d’autres productions, rassemblement de processus induisant un TC > takt time, TC ou temps d'ouverture différents entre l’aval et l’amont).

  • La mise en place d’un flux tiré entre deux processus n’est possible que si les processus concernés sont capacitaires (capables de répondre à la demande) et si les produits relèvent d’une demande régulière et stable.
  • Il existe plusieurs types de systèmes de flux tirés. Les plus usités sont :
    •    Le flux tiré avec dépôt de stockage (kanban). On distingue :
      • le kanban neutre (ou IPK – in progress kanban) par matérialisation (au sol, par exemple) d’un emplacement (vide/plein) d’un contenant de pièces. Le réapprovisionnement (donc la production) n’est permise que lorsque l’emplacement est vide.
      • le système double-bac (ou kanban simple à 2 étiquettes) avec un bac en cours d’utilisation et un autre bac (plein/vide) indiquant s’il y a lieu de produire ou pas. Le volume du bac plein doit correspondre au temps de réapprovisionnement  du bac vide.
      • le kanban de signalisation qui envoie au poste amont un signal de changement de fabrication et la commande d'un lot de produits prédéfini (correspondant généralement à un multiple de cartes de prélèvement)
      • le kanban classique lorsque la production se caractérise par un mixte produits. Chaque étiquette représente 1 contenant de produits d’un type particulier et le nombre d’étiquettes en circulation le maximum d’en-cours. Lorsque le mixte produit est important, on limite la mise sous kanban des produits les plus importants en volume et fréquence de consommation (classification à réaliser par analyse ABC), les autres produits étant réalisés à la demande.

   Pour chaque produit, le nombre de kanbans est :

Nbr Kanbans = [Taille lot poste amont/Contenant – 1] + [(délai tampon + sécu) x Conso / Contenant] + [délai de réapprovisionnement x Conso / Contenant]

  • Taille de lot et Contenant en nombre de pièces
  • Conso en nombre de pièces consommées / jour
  • Les délais en jours

Lorsqu’un contenant est pris en charge pour consommation par le processus aval, l’étiquette est accrochée sur un tableau de kanban avec matérialisation des zones verte (je ne produis pas), orange (je peux produire) et rouge (je dois produire).

Les étiquettes sont transmises à la production du poste amont (sur un séquenceur ou une boîte Heijunka, s'il est nécessaire de mettre en place un nivellement des produits) lorsque les zones orange et rouge sont atteintes sur le tableau. Si tous les produits n’ont pas été mis sous kanban, les OF des produits à consommation irrégulière ou faible peuvent être intercalées dans le séquenceur.

La localisation du dépôt de stockage doit être conçue de telle manière que le processus amont reste respondable du stock qu'il produit (donc physiquement rattaché au processus amont).

  • Le couloir FIFO : la longueur du couloir dimensionne le dépôt de stockage. C’est un système à flux tiré « visuel » (production uniquement si le couloir n’est pas plein) particulièrement recommandé lorsque les produits sont à péremption.
  • Le CONWIP : c’est un système kanban à cartes génériques (1 carte = 1 produit quelque soit la référence), dont la boucle couvre plusieurs processus, permettant de maîtriser l’en-cours global de production. Il est particulièrement recommandé lorsque le mix produit est important (plus de 10 produits, ce qui entraînerait un nombre de cartes trop important à gérer avec un kanban classique), avec des TC variables ou aléatoires. Il nécessite une adaptation et un pilotage des ressources sur chaque processus couvert par la boucle CONWIP puisque des stocks intermédiaires peuvent apparaître. Lorsqu’une carte est libérée, c’est le MRP qui indique la référence du prochain produit qui entrera en production. D’une certaine manière, le CONWIP peut être comparé à la méthode DBR de la théorie des contraintes : les cartes jouant le rôle de « corde », le processus régulateur jouant le rôle de « tambour » et le pilotage des ressources au poste jouant le rôle de « buffer ».

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 IV.  Piloter la production sur un seul processus appelé processus régulateur (ou pacemaker). La règle pour le définir est de considérer qu’il ne peut y avoir de zone de stockage (même type kanban) ou de flux tiré en aval du processus régulateur.

  • Le temps de traversée à compter du pacemaker détermine le délai de livraison à partir de la commande client.
  • Le processus régulateur est donc généralement le dernier processus avant la livraison client ou le dernier avant un enchaînement de FIFO précédent la livraison client.
  • Lorsque la demande client est irrégulière ou marquée par un délai de livraison très court, le processus régulateur est placé sur le service "expédition" que l'on dote d'un supermarché (dépôt de stockage) avec mise en place d'un flux tiré avec le processus qui le précède. Le dépôts de stockage ne sera cependant pas retenu lorsque les produits finis sont personnalisés, chers et/ou encombrants.  

Le dimensionnement du supermarché fait intervenir le délai de réapprovisionnement (ou de remise à disposition) des produits qui le composent. Ce délai d'autant plus important que que les tailles des lots des processus en aval sont importants : ainsi, les tailles de lot conditionnent les volumes de stocks de produits finis

  • Si le temps de traversée du processus est inférieur au délai de livraison du client, le pacemaker est placé en entrée de chaîne (production à la commande) et il n’est pas nécessaire, du point de vue client, de transformer le flux poussé en flux tiré. Inversement, si le délai de livraison client est très ambitieux, cela impose un positionnement du pacemaker très en aval, ce qui est susceptible de modifier les choix à prendre au regard des règles I et II.
  • Ce n’est donc plus l’ERP qui lance les ordres de fabrication à chaque processus indépendamment les uns des autres. La chaîne de la valeur initialement constituée d’une succession d’îlots de production devient une véritable chaîne de processus interdépendants (flux tirés en amont du processus régulateur et flux continus en aval).  

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 V.  Lisser la charge (à la fois en volume et entre les produits) afin d’éviter de produire l’ensemble de la production de chaque produit à un rythme incohérent avec la fréquence de livraison.

Le lissage de charge permet de livrer au client chaque produit avec des délais plus courts, donc d’offrir une plus grande flexibilité (en cas d’évolution de la demande client), de diminuer les lots et les stocks intermédiaires et également de réagir plus tôt à un problème qualité.

On cherche à produire chaque lot de chaque pièce à une cadence cohérente de la fréquence de livraison. Ainsi pour une livraison quotidienne, on produira chaque lot chaque jour (CPC = 1 jour) et si possible on essaiera d'atteindre des fractions de journées.

Nombre de changements de série possibles / jour= (Temps disponible - consommation journalière x TC) / temps de changement de série

  • Cela implique donc de multiplier les changements de série ce qui est raisonnable uniquement si un effort de réduction de ces temps est entrepris (voir règle VI).
  • Cela revient donc à fixer un pas de production: les commandes aux processus régulateur (et donc à l’ensemble de la chaîne par le biais des systèmes à flux tirés mis en place) seront donc passés suivant ce pas ou des multiples de ce pas.
  • Le pas de production est a priori calé sur la plus petite taille de lot du processus régulateur, si possible multiple du volume d’un contenant de livraison. Si le temps de changement de série est nul, le pas de production est égal au volume d'un contenant de livraison x TC du processus régulateur.
  • Une fois ce pas défini, et s'il est bien inférieur au volume de production quotidien, une matrice de lissage de la charge (ou boîte Heijunka) pourra être utilisée pour définir par tranche horaire les types de produits à lancer en fabrication. La boîte Heijubka n'est pas un programme ferme de production (ce qui reviendrait à instaurer un flux poussé) mais un prévisionnel à adapter en temps réel à la consommation réel du processus aval.

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 VI.  Réduire la taille des lots

Afin de réduire les dépôts de stockage (et les coûts associés de gestion), augmenter la flexibilité de l’entreprise aux variations de la demande client (en réduisant les temps de remise à disposition des stocks) et assurer un meilleur lissage de la production (voir règle V), une action de réduction de la taille des lots au niveau de chacun des processus est à conduire.

  • Pour ce faire, il faudra s’attaquer à la réduction des temps de changement de série. On visera dans un premier temps la règle empirique adoptée par Toyota du « 1 pour dix » : les temps alloués aux changements de série ne doivent pas dépasser 10% du temps de disponibilité des machines.
  • L'acronyme SMED (single minute exchange of die) indique que l'on vise un temps de changement de série de moins de 10 minutes (single-minute). Compte tenu de la règle précédente, cela revient à permettre un changement de série (de moins de 10 minutes) toutes les 90 minutes de production. Ceci n'est qu'un ordre de grandeur, l'obejctif étant de réduire le temps de changement de série au strict nécessaire.

***

L'application méthodique des 6 règles présentées ici permet alors d'établir le flux cible ou VSD ainsi que le plan d'actions pour l'atteindre (voir partie 1).

Pour établir la cartographie cible, le Lean Enterprise Institute (voir le livre Learning to see) préconise de répondre à 8 questions-guide, dont le lien avec les 6 règles précédentes est présenté dans le tableau suivant :

  1 2 3 4 5 6
Quel est le takt time ? X          
La production finale doit-elle séjourner dans un stock de produits finis ou peut-elle être directement acheminée vers le quai d'expédition ?   X X X    
Où peut-on mettre en place un flux continu ?   X        
Où faut-il mettre en place un flux tiré avec dépôt de stockage ?     X      
Quel est le processus régulateur (pacemaker) ?       X    
Comment peut-on lisser la production ?         X  
Quel est le pas de production (pour les prélèvements) au processus régulateur ?         X X
Quelles sont les améliorations requises des processus à développer pour que le nouveau flux devienne opérant ?   X X X X X

 

La VSM et la mise en place d'un flux au plus juste - Partie 1

La value stream mapping (VSM ou cartographie de la création de valeur) est l’outil fondamental qui sert de socle au déploiement d’une démarche Lean. C’est un outil visuel d’analyse qui permet de détailler :

  • les processus de création de la valeur, du point de vue du client, de la demande client à la livraison client,
  • les flux associés de matières et d’informations.

LA VSM sert à traquer les gaspillages en identifiant leurs causes ainsi qu’à bâtir le flux « cible » par l’élaboration d’une VSD (value stream design) et d’une feuille de route listant l’ensemble des actions (chantiers Kaizen) à mener, souvent sur plusieurs mois, pour mettre en place un flux au plus juste.

La méthodologie à appliquer est la suivante (avec à l'appui, un exemple complet, appliqué à une société fictive "Alpha"):

  1. Identifier la famille de produits faisant l’objet de la VSM, c’est-à-dire le groupe de produits soumis à un traitement semblable (mêmes processus de production ou postes de travail ou mêmes machines de production).

Nota : au sein d‘une même famille, les temps de cycle (TC) de chaque processus ne doivent pas varier de plus de 30% d’un produit à l’autre.

  • L’intérêt de travailler sur une famille de produit la plus large possible plutôt que sur chaque produit indépendamment est de conduire une analyse d’optimisation de la chaîne de la valeur la plus exhaustive possible (le risque sinon est d’améliorer la chaîne de la valeur pour un produit au détriment de tous les autres).
  • La méthode utilisée pour sélectionner les produits constituant une même famille est l’analyse en composantes principales de la matrice produits/processus parmi les produits ayant le plus grand impact sur les ventes (en valeur). Pour ce faire, une classification selon la méthode ABC pourra être utilisée si besoin.

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2. Remonter (sur les lieux de production) le chemin de fabrication du produit à partir du client jusqu’au fournisseur :

  1. en identifiant (chronomètre à la main) pour chaque processus (ou poste de travail) mis en œuvre, les temps de cycle (TC), les délais d’exécution (DE) et les temps de traitement créant de la valeur (TVA). Pour ces derniers, une analyse de déroulement (AD) de chaque processus pourra être conduite.
  2. en identifiant les stocks (pour chaque produit de la famille étudiée) en entrée et sortie de chaque processus
  3. en faisant ressortir les liens entre les flux de matière et les flux d’information.

 

  • Les niveaux de stocks (pour l’ensemble des produits de la famille étudiée) sont transformés en temps de traversée en les multipliant par le Takt time (TT).

TT (Takt Time)  = (temps d’ouverture – pauses) sur une période / demande client moyenne sur cette même période

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  • Les temps de processus pris en compte dans la ligne de temps sont les TVA et DE.
  • Pour les chaînes de valeurs composées de plusieurs chemins parallèles, le chemin le plus long sera utilisé pour déterminer les temps globaux (temps d’exécution et lead time).
  • Les données suivantes seront collectées au niveau de chaque processus :
    • Le nombre d’opérateurs dédiés au processus
    • Le temps disponible (temps d’ouverture – pauses)
    • Les TC et DE
    • Le temps de changement de série et le temps séparant deux changements de série (ou CPC – chaque partie [lot] chaque …)
    • Le TRS (taux de rendement synthétique traduisant le taux de disponibilité, de performance et de qualité de l’équipement)

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  • Tracer le dessin de la VSM (les flux de matières, les flux d’informations et la ligne de temps) et calculer le ratio d’efficience :

    % Efficience = temps de traitement total (somme des TVA des processus) / lead time (somme des délais d’exécution et des temps de traversée des stocks)

    Au sein des organisations  qui n’ont pas adoptées le Lean ce rapport est souvent de quelques pourcents seulement. L’objectif de l’approche JAT est de l’améliorer sensiblement (voir Le Lean : quels résultats ?).

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  1. Conduire une analyse juste-à-temps afin d’établir la chaîne de la valeur cible en respectant le principe suivant : « chaque processus ne produit que ce dont le processus suivant a besoin, au moment où il en a besoin » (cf. « Learning to see » de M. Rother et J. Shook).

La méthode pour conduire une telle analyse est présentée dans la partie 2.

 

  1. Tracer la VSD c’est-à-dire le dessin de l’état futur sur la base des choix réalisés en 3.

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  1. Etablir le plan d’actions permettant la mise en place de la VSD.

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