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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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Ordonnancement d’ateliersArticle inclus dans l'offre
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1. Définitions et concepts
1.1 Notion d’atelier polyvalent ou flexible
Les ateliers discontinus concernent traditionnellement des produits à forte valeur ajoutée, de l’ordre de 5 à 500 e/kg [1]. Les quantités produites annuellement sont relativement modestes, de l’ordre de quelques centaines de tonnes. Dans ces conditions, une installation dédiée à la fabrication d’un seul produit est confrontée au dilemme suivant :
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fonctionner toute l’année, ce qui conduit à de faibles volumes d’équipement et entraîne des frais de main-d’œuvre élevés ;
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ou fonctionner quelques mois par an : en résultent des volumes plus importants et des frais de main-d’œuvre plus supportables, mais des investissements plus difficiles à amortir ;
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la durée de vie des produits est très variable, généralement imprévisible, souvent brève ; ils n’ont habituellement qu’un nombre limité d’applications (parfois une seule) et sont facilement remplacés par un produit nouveau offrant d’autres avantages ;
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les produits sont souvent préparés au moyen de synthèses complexes nécessitant plusieurs étapes.
Ces contraintes ont donc fait naître le besoin d’ateliers de fabrication assez souples, dits polyvalents ou flexibles, pour pouvoir prendre en charge, en l’état ou moyennant des modifications mineures, des procédés non prévus lors de la phase de conception. Ils permettent ainsi de réagir rapidement aux demandes du marché et de satisfaire les attentes des clients selon le concept du « juste à temps ».
La flexibilité peut être définie comme l’aptitude à répondre à une variation de la demande et peut être envisagée sous l’angle de :
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la flexibilité vis-à-vis des produits. Elle caractérise la capacité d’un système de production à élaborer différents produits sans modification substantielle du système. Ce type de flexibilité est particulièrement important pour la production de familles de produits (flexibilité de variantes, de type, de produits) ;
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la flexibilité structurelle. On peut distinguer une flexibilité de transformation (le système de production, spécialisé pour un produit, peut être adapté rapidement à une autre fabrication via des changements de...
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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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