La fabrication cellulaire est un processus de fabrication qui est une sous-section de la production juste-à-temps (JAT) et du lean manufacturing englobant la technologie de groupe. L'objectif de la fabrication cellulaire est de se déplacer le plus rapidement possible, de fabriquer une grande variété de produits similaires, tout en produisant le moins de déchets possible. La fabrication cellulaire implique l'utilisation de multiples « cellules » à la manière d'une chaîne de montage. Chacune de ces cellules est composée d'une ou plusieurs machines différentes qui accomplissent une certaine tâche. Le produit se déplace d'une cellule à l'autre, chaque station complétant une partie du processus de fabrication. Souvent, les cellules sont disposées en « U » car cela permet au superviseur de moins se déplacer et d'avoir la capacité de surveiller plus facilement l'ensemble du processus. L'un des plus grands avantages de la fabrication cellulaire est sa grande flexibilité. Étant donné que la plupart des machines sont automatiques, des changements simples peuvent être effectués très rapidement. Cela permet une variété de mises à l'échelle pour un produit, des modifications mineures de la conception globale et, dans des cas extrêmes, un changement complet de la conception globale. Ces changements, bien que fastidieux, peuvent être accomplis extrêmement rapidement et précisément.
Une cellule est créée en regroupant les processus nécessaires pour créer un produit spécifique, comme une pièce ou un ensemble d'instructions. Ces cellules permettent de réduire les étapes superflues dans le processus de création du produit spécifique, facilitent l'identification rapide des problèmes et encouragent la communication des employés au sein de la cellule afin de résoudre rapidement les problèmes qui surviennent. Une fois mise en œuvre, la fabrication cellulaire est réputée pour créer de manière fiable des gains massifs de productivité et de qualité tout en réduisant simultanément la quantité de stocks, l'espace et les délais nécessaires pour créer un produit. C'est pour cette raison que la cellule à flux unitaire est qualifiée d'« ultime production allégée ».
Histoire La fabrication cellulaire dérive des principes de la technologie de groupe, proposés par l'industriel américain Ralph Flanders en 19255. Flanders, R.E. 1925. Design, manufacture, and production control of a standard machine. Transactions of ASME, Vol. 26, 691-738. et adoptés en Russie par le scientifique Sergueï Mitrofanov en 1933 (dont le livre sur le sujet6. Mitrofanov, S.P. 1959. The scientific principles of group technology. Leningrad (trans. By J.L. Grayson, Birmingham University). est traduit en anglais en 1959). Burbidge promeut activement la technologie de groupe dans les années 19704. Burbidge, J.L. 1975. The Introduction to Group Technology. New York: John Wiley.. « Apparemment, les entreprises japonaises commencent à mettre en œuvre la fabrication cellulaire dans les années 1970 », et dans les années 1980, les cellules migrent aux États-Unis en tant qu'élément de la production juste-à-temps (JAT).
L'un des premiers livres en anglais à aborder la fabrication cellulaire, celui de Hall en 1983, désigne une cellule comme une « ligne en U », pour la configuration courante, ou idéale, en forme de U d'une cellule. — idéale parce que cette forme regroupe tous les processus et opérateurs de la cellule, offrant une grande visibilité et un contact aisé. En 1990, les cellules sont considérées comme des pratiques fondamentales dans la fabrication JAT, à tel point que Harmon et Peterson, dans leur livre Reinventing the Factory, incluent une section intitulée « Cellule : Usine fondamentale du futur »8. Harmon, R.L., and L.D. Peterson. 1990. Reinventing the Factory: Productivity Breakthroughs in Manufacturing Today. New York: Free Press. pp 118-123. La fabrication cellulaire se poursuit dans les années 1990, lorsque le juste-à-temps est rebaptisé production allégée. Enfin, lorsque le JAT/lean devient largement attrayant dans le secteur des services, les concepts cellulaires trouvent leur place dans ce domaine ; par exemple, le dernier chapitre de Hyer et Wemmerlöv est consacré aux cellules de bureau.
Conception de cellule Les cellules sont créées dans un lieu de travail pour faciliter le flux. Ceci est accompli en rassemblant les opérations ou les machines ou les personnes impliquées dans une séquence de traitement du flux naturel d'un produit et en les regroupant à proximité les unes des autres, distinctes des autres groupes. Ce regroupement est appelé une cellule. Ces cellules sont utilisées pour améliorer de nombreux facteurs dans un environnement de fabrication en permettant un flux unitaire. Un exemple de flux unitaire serait la production d'une pièce de boîtier métallique qui arrive à l'usine du fournisseur en pièces séparées, nécessitant un assemblage. Tout d'abord, les pièces seraient déplacées du stockage vers la cellule, où elles seraient soudées ensemble, puis polies, puis revêtues et enfin emballées. Toutes ces étapes seraient complétées dans une seule cellule, de manière à minimiser divers facteurs (appelés processus/étapes sans valeur ajoutée) tels que le temps nécessaire pour transporter les matériaux entre les étapes. Certains formats courants de cellules uniques sont : la forme en U (bonne pour la communication et le mouvement rapide des travailleurs), la ligne droite ou la forme en L. Le nombre de travailleurs à l'intérieur de ces formations dépend de la demande actuelle et peut être modulé pour augmenter ou diminuer la production. Par exemple, si une cellule est normalement occupée par deux travailleurs et que la demande double, quatre travailleurs doivent être placés dans la cellule. De même, si la demande diminue de moitié, un seul travailleur occupera la cellule. Étant donné que les cellules disposent d'une variété d'équipements différents, il est donc nécessaire que tout employé soit qualifié dans plusieurs processus.
thumb|Cette figure de The Toyota Way montre la conception d'une cellule en forme de U, traçant les chemins de deux employés à travers elle.|188x188px Bien qu'il existe de nombreux avantages à former des cellules, certains avantages sont évidents. Il est rapidement évident, en observant les cellules, où se situent les inefficacités, par exemple lorsqu'un employé est trop occupé ou relativement inactif. La résolution de ces inefficacités peut augmenter la production et la productivité jusqu'à 100 % et plus dans de nombreux cas. De plus, la formation de cellules libère systématiquement de l'espace au sol dans l'environnement de fabrication/assemblage (en ayant des stocks uniquement là où c'est absolument nécessaire), améliore la sécurité dans l'environnement de travail (en raison de plus petites quantités de produits/stocks manipulées), améliore le moral (en suscitant des sentiments d'accomplissement et de satisfaction chez les employés), réduit le coût des stocks et réduit l'obsolescence des stocks.
Lorsque la formation d'une cellule serait trop difficile, un principe simple est appliqué afin d'améliorer l'efficacité et le flux, c'est-à-dire d'effectuer les processus dans un emplacement spécifique et de rassembler les matériaux à ce point à un rythme dicté par une moyenne de la demande client (ce rythme est appelé le Takt time). Ceci est appelé le processus régulateur.
Malgré les avantages de la conception pour un flux unitaire, la formation d'une cellule doit être soigneusement examinée avant sa mise en œuvre. L'utilisation d'équipements coûteux et complexes qui ont tendance à tomber en panne peut entraîner des retards massifs dans la production et ruinera la production jusqu'à ce qu'ils puissent être remis en service.
Les courtes distances de déplacement au sein des cellules servent à accélérer les flux. De plus, la compacité d'une cellule minimise l'espace qui pourrait permettre l'accumulation de stocks entre les postes de la cellule. Pour formaliser cet avantage, les cellules ont souvent des règles intégrées ou des dispositifs physiques qui limitent la quantité de stocks entre les postes. Une telle règle est connue, dans le jargon JAT/lean, sous le nom de kanban (du japonais), qui établit un nombre maximum d'unités admissibles entre un poste de travail fournisseur et un poste de travail utilisateur. (Des discussions et des illustrations de cellules en combinaison avec le kanban se trouvent dans) La forme la plus simple, les carrés kanban, sont des zones marquées sur les planchers ou les tables entre les postes de travail. La règle, appliquée au poste de production : « Si tous les carrés sont pleins, arrêtez. Sinon, remplissez-les ».
Une cellule de bureau applique les mêmes idées : des groupes de membres d'équipe cellulaire largement formés qui, de concert, traitent rapidement tout le traitement pour une famille de services ou de clients.
Une cellule virtuelle est une variante dans laquelle toutes les ressources cellulaires ne sont pas réunies dans un espace physique. Dans une cellule virtuelle, comme dans le modèle standard, les membres de l'équipe et leur équipement sont dédiés à une famille de produits ou de services. Bien que les personnes et l'équipement soient physiquement dispersés, comme dans un atelier de fabrication, leur concentration étroite sur les produits vise et atteint un débit rapide, avec tous ses avantages, tout comme si l'équipement était déplacé dans un groupe cellulaire. Faute de la visibilité des cellules physiques, les cellules virtuelles peuvent employer la discipline des règles kanban afin de lier étroitement les flux d'un processus à l'autre.
Une description simple mais assez complète de la mise en œuvre de cellules provient d'une brochure de 96 pages de 1985 de Kone Corp. en Finlande, producteur d'ascenseurs, d'escaliers mécaniques, etc. Extraits ci-dessous :
Processus de mise en œuvre Afin de mettre en œuvre la fabrication cellulaire, un certain nombre d'étapes doivent être effectuées. Premièrement, les pièces à fabriquer doivent être regroupées par similitude (dans la conception ou les exigences de fabrication) en familles. Ensuite, une analyse systématique de chaque famille doit être effectuée ; généralement sous la forme d'une analyse des flux de production (AFP) pour les familles de fabrication, ou dans l'examen des données de conception/produit pour les familles de conception. Cette analyse peut prendre du temps et être coûteuse, mais elle est importante car une cellule doit être créée pour chaque famille de pièces. Le regroupement de machines et de pièces est l'une des méthodes d'analyse des flux de production les plus populaires. Les algorithmes de regroupement de pièces de machines comprennent le Rank Order Clustering, le Modified Rank Order Clustering et les coefficients de similarité.
Il existe également un certain nombre de modèles mathématiques et d'algorithmes pour aider à la planification d'un centre de fabrication cellulaire, qui tiennent compte d'une variété de variables importantes telles que « les emplacements multiples des usines, les allocations multi-marchés avec la planification de la production et divers mélanges de pièces ». Une fois ces variables déterminées avec un niveau d'incertitude donné, des optimisations peuvent être effectuées pour minimiser des facteurs tels que « le coût total de détention, la manutention intercellulaire des matériaux, le transport externe, le coût fixe de production de chaque pièce dans chaque usine, les salaires des machines et de la main-d'œuvre ».
Difficultés à créer du flux La clé pour créer du flux est l'amélioration continue des processus de production. Lors de la mise en œuvre de la fabrication cellulaire, la direction « rencontre souvent une forte résistance de la part des travailleurs de la production ». Il sera bénéfique de laisser le changement vers la fabrication cellulaire se faire progressivement.