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RÉSUMÉ
Cet article fait le point sur les méthodes actuelles utilisées, pour des industries de procédés, en ordonnancement et en conception d’ateliers discontinus, c’est-à-dire capable de produire plusieurs composés à partir d’équipements standards. Le recours à un simulateur permet de tester efficacement différentes politiques de gestion en phase d’exploitation. La maîtrise de la chaîne logistique s’en trouve améliorée et les transferts technologiques facilités.
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Catherine AZZARO-PANTEL : Maître de Conférences à l’ENSIACET-INPT, Habilitée à Diriger des Recherches - Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS 5503
INTRODUCTION
Dans le domaine du génie des procédés, les ateliers discontinus concernent des secteurs industriels aussi variés que la chimie fine, les biotechnologies, l’élaboration des matériaux ou la fabrication de composants électroniques… Les procédés discontinus présentent l’avantage de pouvoir produire plusieurs composés, souvent à forte valeur ajoutée, à partir d’équipements standards et de s’adapter à des variations de nature et de qualité des matières premières, ainsi qu’à des fluctuations fréquentes du marché. Chaque produit possède en général son propre mode de fabrication qui consiste en une succession d’étapes liées entre elles par des contraintes techniques ou des relations d’antériorité.
Les caractéristiques spécifiques des industries de procédés ont conduit les spécialistes du génie des procédés à s’intéresser depuis plusieurs années aux problèmes liés à l’ordonnancement et à la conception d’ateliers discontinus, qui contribuent à la maîtrise de la chaîne logistique (supply chain management).
Cet article fait le point sur les méthodes utilisées tant en ordonnancement qu’en conception d’ateliers pour des industries de procédés et présente les enjeux actuels.
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- Version courante de sept. 2025 par Catherine AZZARO-PANTEL
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4. Conclusions et perspectives
Nous avons présenté dans cet article les méthodes actuelles utilisées en ordonnancement et en conception d’ateliers pour des industries de procédés.
Une solution intéressante pour le praticien consiste à utiliser un simulateur d’ateliers pour représenter le fonctionnement de l’atelier en phase d’exploitation et tester différentes politiques de gestion, ce qui apporte une aide efficace pour passer du stade du développement à la fabrication, facilitant ainsi le transfert technologique.
Il faut remarquer que le recours à de tels outils est encore loin d’être systématique : les industries de procédés telles que la chimie fine commencent à les utiliser de façon significative pour assister le développement du procédé et l’optimisation de la fabrication. Il est important de pallier ce manque, compte tenu des spécificités des industries de procédés, notamment dans le domaine pharmaceutique. Pour mémoire, le développement d’un nouveau principe actif nécessite un processus long (environ 7 à 12 ans) et des investissements coûteux. Un autre argument réside dans le fait que bon nombre de produits testés au stade du développement (80 à 85 % environ) ne seront finalement pas retenus. En conséquence, le recours à la simulation, qui permet de tester rapidement et de valider ou non la faisabilité d’alternatives, constitue une avancée appréciable.
D’un point de vue théorique, les enjeux actuels en matière de recherche se situent sur le développement de méthodes efficaces d’ordonnancement réactif et la prise en compte de l’aspect multicritère qui sous-tend la problématique d’ordonnancement.
Par ailleurs, la modélisation de l’incertitude inhérente aux procédés discontinus (variations de la demande, notamment) fait à l’heure actuelle l’objet de nombreux travaux.
L’utilisation d’un simulateur d’atelier peut également s’avérer intéressante à des fins de conception d’ateliers. Pour améliorer de façon significative les performances de fonctionnement, le couplage entre le simulateur d’atelier et un module d’optimisation constitue la voie à privilégier. Pour faire face à l’aspect combinatoire important des problèmes rencontrés tant en ordonnancement qu’en conception, les algorithmes stochastiques sont des méthodes très séduisantes dont l’efficacité a été largement démontrée....
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RAUCH (J.) - Multiproduct plants. - Wiley Vch (2003).
-
(2) - MODI (A.K.), KARIMI (I.A.) - Design of Multiproduct Batch Processes With Finite Intermediaire Storage. - Computers Chem. Engng., vol. 13, no 1/2, pp. 127-139 (1989).
-
(3) - ESPUÑA (A.), LÁZARO (J.), MARTÍNEZ (M.), PUIGJANER (L.) - An Efficient and Simplified Solution to the Predesign Problem of Multiproduct Plants. - Computers Chem. Engng., vol. 13, no 1/2, pp. 163-174 (1989).
-
(4) - VOUDOURIS (V.), GROSSMANN (I.E.) - Mixed-Integer Linear Programming Reformulations for Batch Process Design with Discrete Equipement Sizes. - Ind. Eng. Chem. Res., vol. 31, pp. 1315-1325 (1992).
-
(5) - PAPAGEORGIOU (L.G.), PANTELIDES (C.C.) - Optimal Campaign Planning/Scheduling of Multipurpose Batch/Semicontinuous Plants 1. Mathematical Formulation. - Ind. Eng. Chem Res., 35, pp. 488-509 (1996).
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(6)...
ANNEXES
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ARENA (Modeling Corporation) fournit une bibliothèque d’objets prédéfinis, assez simples, que l’utilisateur peut ensuite utiliser pour construire son propre modèle, ce qui lui confère une grande flexibilité. Le simulateur obtenu peut éventuellement être couplé à des modules externes écrits en C ou en FORTRAN.
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WITNESS (Lanner Group ltd.), possède une bibliothèque d’objets prédéfinis très étendue permettant de développer rapidement un simulateur. Des modules d’optimisation (Recuit Simulé, Hill Climbing…) peuvent être intégrés, mais l’interface avec des modules externes est difficile.
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G2 (Gensym) est conçu dans l’esprit des deux logiciels précédents et permet de développer assez facilement des modules utilisateurs à partir d’une bibliothèque.
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Extend (Imagine That Inc.) est un progiciel permettant de développer un simulateur à événements discrets. Le simulateur obtenu peut également être interfacé avec des logiciels de traitement de données ou des modules écrits en C ou en FORTRAN.
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BATCHES, qui succède à BOSS, a été développé par l’Université américaine de West-Lafayette. Il permet de simuler la production d’ateliers discontinus ou semi-continus, dédiés aux industries pharmaceutique et alimentaire. Il peut, de plus, intégrer des modèles dynamiques d’opérations unitaires ainsi que des règles de décision. BATCHES a été utilisé pour le remodelage d’un atelier de chimie fine et pour la conception d’une brasserie .
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Batch Plus (Aspen Technology, Inc) a été conçu pour faciliter la transposition des recettes à l’élaboration...
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