RESPONSABLE(S) DE LA THÈSE :

IMT Nord Europe :

- Arnaud DONIEC, directeur de thèse ; contact :

- Amine ABDOUS, co-encadrant ; contact :

Université de Padoue :

- Daria BATTINI, co-directrice de thèse

- Serena FINCO, co-encadrante

CONTEXTE :

Établissement public appartenant à l'IMT (Institut Mines-Télécom), placé sous la tutelle du Ministère de l'Industrie, IMT Nord Europe a trois objectifs principaux : offrir à nos étudiants une pratique de l'ingénierie éthiquement responsable leur permettant de résoudre les enjeux du 21ème siècle, réaliser nos activités de R&D conduisant à des innovations exceptionnelles et soutenant le développement territorial par l'innovation et l'entrepreneuriat. Idéalement situé au cœur de l'Europe, à 1h de Paris, 30 min de Bruxelles et 1h30 de Londres, IMT Nord Europe a de fortes ambitions de devenir un acteur majeur des transitions industrielles, numériques et environnementales actuelles, en alliant éducation et recherche sur ingénierie et technologies numériques.

Implanté sur deux campus principaux dédiés à la recherche et à l'enseignement à Douai et Lille, IMT Nord Europe propose des installations de recherche de près de 20 000 m² dans les domaines suivants :

- Sciences du numérique,

- Procédés pour l'industrie et les services,

- Énergie et Environnement,

- Matériaux et Procédés.

Pour plus de détails, visitez le site Internet de l'École :

BREF :

Cette thèse propose d'intégrer des modèles de simulation multiméthodes pour développer un jumeau numérique visant à optimiser les opérations d'entrepôt en mettant fortement l'accent sur les considérations ergonomiques. Il utilise des systèmes multi-agents (MAS) et la simulation d'événements discrets (DES) pour faire progresser la gestion des entrepôts, comblant ainsi les lacunes notables de la littérature actuelle.

La recherche, positionnée à la pointe de l'état de l'art, vise à concevoir des entrepôts qui équilibrent efficacité et optimisation ergonomique. Méthodologiquement, il s'agit d'appliquer le DES pour modéliser les processus de préparation de commandes et le MAS pour simuler les interactions entre les véhicules à guidage automatique, les cobots et les travailleurs humains. Cette démarche conduit au développement d'un jumeau numérique, offrant un outil d'aide à la décision pour les opérations des entrepôts.

Cette collaboration entre IMT Nord Europe et l'Université de Padoue combine des expertises en matière de fabrication et de logistique, d'optimisation et de simulation. Les résultats attendus incluent des méthodologies améliorées pour l'intégration ergonomique dans les opérations d'entrepôt et l'équilibre entre la conception centrale sur l'humain et l'efficacité opérationnelle. Ces contributions devraient développer les futures recherches et pratiques en matière de gestion d'entrepôt, conformément aux lignes directrices Industrie 5.0 de la Commission européenne, en promouvant des modèles durables, résilients et centrés sur l'humain.

Contexte scientifique :

Les entrepôts représentent le stockage intermédiaire de marchandises entre deux étapes successives d'une chaîne d'approvisionnement (Bartholdi & Hackman, 2019). Ils constituent des liens vitaux entre les systèmes de fabrication et le marché, garantissant un flux fluide de produits depuis les lignes de production jusqu'aux consommateurs. Au cours de la dernière décennie, la nécessité pour les entreprises de gérer efficacement leurs activités d'entreposage s'est accumulée, motivée par le besoin d'une plus grande efficacité et productivité dans la chaîne d'approvisionnement (Schiffer et al., 2022 ).

La transformation de la gestion des entrepôts à l'ère de l'Industrie 4.0 comporte des technologies avancées significatives, notamment l'intégration de véhicules à guidage automatique (AGV) et de cobots. Ces progrès ont transformé les entrepôts en systèmes complexes où les travailleurs humains, les robots (comme les cobots et les AGV), les stocks et les unités de traitement interagissent de manière cohérente.

Dans les environnements d'entrepôt, l'automatisation apparaît de plus en plus, mais les rôles humains restent essentiels. Qu'il s'agisse d'utiliser des humains pour améliorer l'efficacité des véhicules à guidage automatique (AGV) ou d'employer des robots pour augmenter les tâches humaines, l'implication humaine continue d'être cruciale dans les opérations des entrepôts (Pasparakis et al., 2023). En raison de la forte demande et de la variabilité, il est crucial de planifier correctement les commandes, les robots et les modules de stockage ainsi que les postes de travail manuels, en particulier compte tenu de la nécessité d'une prise de décision rapide dans des environnements dynamiques.

La préparation des commandes, le processus de récupération des produits du stockage, constitue l'une des opérations d'entrepôt les plus coûteuses (De Lombaert et al., 2023). Cela nécessite une planification coordonnée avec les travailleurs et les AGV/cobots (Glock et al., 2021). Cependant, les modèles de planification sous-estiment souvent les besoins des travailleurs humains lors de la préparation des commandes en entrepôt. La littérature semble présenter des lacunes lorsqu'il s'agit de reconnaître et d'intégrer de manière adéquate les besoins des travailleurs humains et de l'ergonomie dans les modèles de planification pour la préparation des commandes en entrepôt (De Lombaert et al., 2023 ; Finco et al., 2023).

Dans cet entrepôt technologiquement avancé, ces travaux portent sur la conception d'entrepôts efficaces mais qui privilégient également le bien-être ergonomique et la gestion de la charge de travail des travailleurs humains. L'objectif est d'améliorer l'efficacité opérationnelle globale tout en minimisant les risques ergonomiques et en garantissant la sécurité et le confort des travailleurs humains (Abdous et al., 2023). Une telle approche équilibrée est essentielle pour maximiser le potentiel des innovations de l'Industrie 4.0 en matière de gestion des entrepôts.

Cette proposition de recherche vise à développer un jumeau numérique d'un entrepôt, avec un lien direct aux données d'exploitation, intégrant des systèmes multi-agents et une simulation à événements discrets (DES). Ce jumeau numérique agira comme un modèle virtuel, permettant une analyse et une optimisation en temps réel des interactions complexes entre les travailleurs humains, les cobots, les AGV et les modules de stockage. La simulation multi-agents (MAS) modélise les comportements et les interactions d'agents individuels, tandis que la simulation d'événements discrets (DES) se concentre sur une modélisation détaillée à l'échelle du système. Selon la récente revue de la littérature, et au meilleur de nos connaissances, aucun travail antérieur n'a abordé le problème avec une approche intégrée comme nous le proposons dans cette proposition (De Lombaert et al., 2023).

Contenu scientifique :

Cette proposition de recherche se concentre sur l'amélioration de l'optimisation des entrepôts avec un modèle de jumeau numérique qui intègre des simulations multi-agents et à événements discrets. Le modèle vise à améliorer l'efficacité opérationnelle et l'ergonomie en utilisant DES pour l'optimisation des processus et MAS pour 3 simulations d'interactions d'agents, améliorant ainsi la gestion de l'entrepôt et le bien-être des travailleurs.

Nous nous concentrons sur la prise de décision tactique et opérationnelle dans la gestion des entrepôts, en particulier dans l'optimisation des processus de préparation de commandes via le routage, la planification et la gestion des effectifs. L'approche s'aligne sur les tendances de l'Industrie 4.0, intégrant des technologies telles que les AGV et les cobots pour moderniser les opérations des entrepôts.

Dans un premier temps, nous abordons le routage et la planification pour l'optimisation de la préparation des commandes. L'intégration de DES dans cette phase nous permettra de simuler et d'analyser l'impact de différentes stratégies de routage sur l'efficacité globale de l'entrepôt, en nous concentrant particulièrement sur les processus de préparation de commandes.

Deuxièmement, notre méthodologie met l'accent sur la gestion des effectifs, où nous cherchons à équilibrer les rôles des cobots, des AGV et des opérateurs humains. Ici, le MAS sera utilisé pour faciliter la coordination entre les véhicules à guidage automatique (AGV), les cobots et les travailleurs humains, améliorant ainsi le processus de préparation des commandes (Lujak et Doniec, 2019).

Méthodologie de recherche :

- Application de Discrete Event Simulation (DES) : Application de DES pour modéliser le processus de préparation de commandes. Cette étape se concentrera sur la compréhension et l'optimisation du flux de travail, en tenant compte des fluctuations de la demande et de la dynamique de la chaîne d'approvisionnement.

- Intégration de systèmes multi-agents (MAS) : après DES, nous intégrons MAS pour simuler les interactions dynamiques entre les véhicules à guidage automatique (AGV), les cobots et les travailleurs humains. Cette intégration vise à modéliser et à optimiser ces interactions en mettant l'accent sur la sécurité ergonomique et l'efficacité, en garantissant un équilibre entre la conception centrale sur l'humain et l'efficacité opérationnelle.

- Développement d'un jumeau numérique : en utilisant les modèles et les informations de DES et MAS, nous développons un jumeau numérique de l'entrepôt. Ce modèle virtuel permettra d'analyser et d'optimiser en temps réel l'acheminement et la planification des processus de préparation de commandes, en mettant l'accent sur l'ergonomie, l'efficacité opérationnelle et l'adaptabilité aux différentes conditions opérationnelles.

Impact des équipes collaboratives

La collaboration entre IMT Nord Europe et l'Université de Padoue fusionne leurs spécialités en logistique, conception de systèmes et gestion durable pour améliorer la gestion des entrepôts. L'Université de Padoue apporte son expertise en logistique industrielle et en conception ergonomique, tandis qu'IMT Nord Europe excelle dans les techniques d'optimisation des décisions et de simulation.

La force du partenariat est également démontrée par une série de publications conjointes et de reconnaissances dans des conférences et revues internationales, notamment le prix du « Meilleur jeune auteur » (Abdous et al., 2020, 2022, 2023 ; Finco et al., 2019 , 2021).

Perspectives d'avenir

Cette proposition vise à établir un travail fondamental dans la gestion des entrepôts, un élément essentiel de la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Il ouvre des possibilités d'utilisation des jumeaux numériques dans la fabrication et la logistique, en se concentrant sur des systèmes durables et centrés sur l'humain. Cette approche est conforme aux lignes directrices Industrie 5.0 de la Commission européenne.

Conformité de la proposition aux critères d'évaluation

Ce doctorat. Le projet de thèse s'inscrit étroitement dans la feuille de route stratégique de l'initiative « Industrie du futur responsable » de l'IMT et résonne fortement avec la thématique phare « Systèmes de production ». En complétant les travaux de l'équipe McLEOD en modélisation et contrôle de systèmes complexes dans de grands environnements nécessitant une décision optimisée, il contribue à la recherche avancée sur les systèmes de production au CERI SN.

Par ailleurs, ce sujet intéresse actuellement d'autres laboratoires nationaux et internationaux. Au cours de la thèse, des opportunités se présenteront pour des collaborations scientifiques internationales avec l'Université de Padoue, notamment des échanges académiques, la participation à des conférences et séminaires internationaux et la co-rédaction d'articles de recherche.

CONDITIONS :

Cette offre est soumise à validation financière du soutien par la région.

Date limite de candidature : 31 mai 2024