方法的研究外，本论文还提出了一种基于协同仿真环境和数字平台的精益工具集成方案

i为获得学位而提交的论文波尔多大学博士（博士）物理科学与工程博士学院专业[美]贾拉尔·约瑟夫·波西克著对评估精益对制造性能影响的方法学和联合模拟框架的贡献在Bruno VALLESPIR的指导下，联合导演：Gregory ZACHAREWICZ，联合主管：Aicha AMRANI支持于2019年12月16日15：30评审团成员弗里德曼夫人克劳迪娅大学教师艾克斯-马赛大学报告员M.伯纳德·格拉博大学教师M.布鲁诺·瓦莱斯皮尔ENIT -塔布报告员大学教师M.格雷戈里·扎卡雷维奇波尔多大学导演矿业电信研究所教授IMT -Alès矿山联合主任Amrani女士，Aicha会议主持人波尔多大学共同监督M.伊夫·杜克大学教师波尔多大学审查员ii对评估精益对企业绩效影响的方法和协同模拟环境的贡献除了发展业务所需的人力和管理技能外，精益的正确部署还可以在减少浪费和最大限度地提高效率方面发挥重要作用。这些优势在很大程度上取决于精益技术的正确集成。企业面临的主要障碍之一是难以选择最适合其环境和最适合实现其目标的精益工具在本研究中，我们提出了一个基于HLA的协同仿真环境和一个基于Java的数字平台，以允许代表精益运营工具的不同联合（离散事件仿真）同时并行运行。HLA的时间管理机制是必要的，以调节联邦在模拟周期中的进度。以一家航空航天公司为例，说明了这种协同仿真环境的实用性。在市场波动、需求多样化和资源不确定性的影响下，研究了六种精益配置模型，并与当前模拟的没有应用精益的企业模型进行了比较关键词：协同仿真、HLA、离散事件仿真、精益制造、KPI对评估精益对制造绩效除了推动任何业务发展所需的人力和管理技能外，正确的精益部署还可以在减少浪费和最大限度地提高效率方面发挥重要作用实现这些优势在很大程度上取决于充分的精益技术集成。公司面临的主要挑战之一是难以选择最适合其环境并最适合实现其目标的精益工具。在本研究中，我们提出了一个基于HLA的协同仿真框架和一个基于Java的数字平台，以允许不同的联合体（离散事件仿真），代表运行精益工具，同时并行运行。在模拟运行期间，需要HLA的时间管理机制来调节联邦的进度以一家航空公司为例，说明了该协同仿真框架的实用性。在市场波动、需求多样化和资源不确定性的背景下，研究了六种精益配置模型，并将其与模拟为精益自由情景的实际模型进行了比较。关键词：协同仿真、HLA、离散事件仿真、精益制造、KPI材料与系统[IMS CNRS UMR 5218，Bât. A31 - 351解放课程- 33400 Talence]确认书iii接受此博士学位对我来说，这是一次改变人生的经历，我非常感谢许多人的支持和指导。本论文在波尔多大学IMS（集成：从材料到系统）实验室进行。首先，也是最重要的，我衷心感谢我的导师Aicha AMRANI博士、Gregory ZACHAREWICZ教授和Bruno VALLESPIR教授信任我并接受我的论文指导。他们的纠正、建议和专业精神对完成这项工作至关重要，并使我获得了博士学位。更有动力、更有成效的体验。我想对评委会成员表示最深切的感谢。Claudia FRYDMAN、Bernard GRABOT教授和YvesDUCQ教授同意审查和审阅我的论文。我还要感谢IMS实验室所有的博士生、研究人员和工作人员的善良。我特别要感谢西蒙和尤斯拉，感谢我们在波尔多度过的美好时光。我想感谢拉尔夫、伊马德、克里斯泰尔、约瑟夫、法迪、埃德温、夏贝尔和埃利，他们总是准备在困难时期支持我。如果不感谢我力量的最大源泉--我的家人，我的认识将是不完整的我要感谢我的父母约瑟夫和奥迪尔，感谢他们这些年来的信任、爱和指导;感谢我的姐妹克里斯泰尔和精英，感谢他们的爱和无尽的支持;最重要的是，感谢我慈爱和支持的妻子索哈;感谢我的两个了不起的孩子席琳和乔，他们在美好和困难的时候支持我，给我无尽的灵感。Jalal Joseph Possik波尔多大学2019年内容表iv确认III图7列表表九列表首字母缩略词和缩写x引言1第一章精益制造系统：概念、演变和已识别的..........................................................................问题I.1 起源、原则和哲学2I.1.1 精益起源：从日本到美国I.1.2 精益定义、支柱和原则5I.1.3 支持精益实施的精益技术6I.2 精益实施对工业绩效的影响11I.3 精益实施的关键成功因素14I.4 精益实施的主要障碍和陷阱I.5 不同行业的多个案例研究18I.6 精益软实践和硬实践I.7 精益21的主要研究兴趣I.8 问题和研究任务24I.8.1 精益实践的使用：问题是什么....................................................................................24I.8.2 精益技术的相关性：浏览文献25I.8.3 根据环境调整精益技术选择26I.9 确定的研究问题：RQ.1、RQ.2、RQ.3 27RQ.1应应用哪些先前的精益技术？...........................................................................27问题2：管理者在选择精益技术时是否考虑了经济背景？二十七问题3：目标是否指向正确的精益技术选择？......................................................... 28I.10 结论28第二章。研究方法：结合生产环境和工业目标，采用精益技术...........................................II.1 将纳入研究的精益生产技术29II.2 确定工业背景33II.2.1 保留的内容表vII.2.2 研究范围36II.3 行业目标识别37II.3.1 基于选定目标的绩效评估42II.4 结合工业"目标"和"背景"的拟议方法II.4.1 建模：代表性和实验44II.4.2 方法论：概念模型和形式化45II.5 确定的研究问题：RQ.4 56RQ.4如何将目标和背景结合起来，以有效地选择精益技术？...............................56II.6 结论57第三章。协同仿真框架：案例研究、设计、架构和开发....................................................................................................................................................... 59III.1 模拟核心概念59III.1.1 仿真模型的确认和验证60III.2 离散事件模拟（DES）61III.2.1 历史与进化61III.2.2 生产和制造领域的DES62III.3 分布式仿真（DS）63III.3.1 历史与进化63III.3.2 为什么是HLA？.........................................................................................................64III.4 建模和仿真框架体系结构64III.5 模拟模型开发66III.5.1 案例研究66III.5.2 模型III.6 协同仿真框架开发85III.6.1 BPMN标准85III.6.2 HLA标准86III.6.3 材料和方法87III.6.4 协同仿真平台操作说明97III.7 已确定的研究问题：RQ.5、RQ.6、RQ.7、RQ.8 100内容表viRQ.5并行运行不同DES5的以下方法是什么？....................................................... 100RQ.6在数字平台上并行比较精益工具需要哪些功能？.........................................101RQ.7协同仿真框架开发和实施过程中面临的挑战和障碍是什么？.....................101RQ.8我们为什么在本研究中使用案例研究？.........................................................102III.8 结论102第四章。数字平台上的仿真：实验、结果和分析.................................................................IV.1 关键绩效指标（KPI）103IV.2 验证的方差分析方法107IV.3 模拟结果和分析111IV.3.1 中性情景，无背景或波动111IV.3.2 市场需求波动ctx.1> 116IV.3.3 需求多样化背景ctx.2> 124IV.3.4 资源的不确定性131IV.4 摘要、贡献和局限性136IV.5 结论142结论144参考文献147附录A 162附录B 181vii图列表图I.1TPS 5号楼图II.1要模拟的精益工具与人类影响力的精益工具（无法在DES中模拟）32图II.2OM 45中的研究图II.3结合精益工具评估的行业图II.4结合形式建模和模拟的研究方法模型47图II.5不同的客户订单脱钩点（基于Sharman（1984））51图II.6概念模型54图II.7分析的可能组合55图III.1模拟核心概念60图III.2框架体系结构65图III.3AeroComp产品67图III.4Aerocomp 67的图III.5Jaamsim接口69图3.6 Jaamsim模型生成器70图III.7WS1的计划停机时间对象73图III.8PF1GeneratorControl表达式阈值75的图III.9产品类型1 "PF1"的模拟实体76图III.10生成PF1 77原材料的图III.11PF1发生器77的图III.12 "WS1"和"WS2"机器之间的行程时间 78图III.13实体处理器状态图图III.14实体处理器"WS1" 79图III.15资源"Resource_CuttingShop"的容量80图III.16分支对象"Branch_To_Defective" 81图III.17分支到汇对象82图III.18输出查看器83图3.19使用的基本BPMN元件86图III.20全球协调87图III.21创建/加入联盟88图III.22联邦加入联邦HLA_Lean 89图III.23FOM 89图3.24FOM 90图3.25对象/属性声明91图3.26对象/属性更新92图III.27对象实例注册图III.28连接联邦的时间管理94viii图III.29连接到RTI 95的图III.30数字平台主页接口98ix图III.31产出结果示例99图III.32放大到选定区域100图III.33实时公用事业图100图IV.1制造阶段105图四.2总体概念106图IV.3方差分析的可能配置108图IV.4SPSS 110图IV.5精益工具颜色线111图IV.6中性情景的模拟结果112图IV.7中性情景的多重比较（Tukey）113图IV.8组平均值（µ. WIP），（µ。交付周期）和（µ.中立模拟场景114的缺陷...............图四.9市场波动环境的模拟117图四.10市场波动情景118的图四.11市场波动情景的集团平均值119图四.12 50小时至100小时之间需求增长15%的组平均值图四.13 130小时至190小时之间需求增长30%的组平均值图四.14需求多样化背景下图四.15需求多样化情景的多重比较（Tukey）......................................................................图IV.17当产生4个参考文献时，50小时和150小时之间情景的组平均值..................................................................................................................................................... 129.图IV.18放大60小时至300小时之间的销售线索时间129图IV.19当产生8个参考文献时，300小时和450小时之间情景的组平均值..................................................................................................................................................... 130图IV.20当生成16个参考文献时，..................................................................................................................................................... 131图四.21资源图四.22资源不确定性情景的多重比较（Tukey）133图四.23资源不确定性情景的组平均值134图IV.24员工工作中断期间生产吞吐量的多次比较..................................................................................................................................................... 135图IV.25员工缺勤期间WIP、吞吐量和提前期的组平均值..................................................................................................................................................... 135表列表x表I.1生产史主要方法概述（Bozdogan 2010）3表I.2改编自Cherrafi等人（2016）................................................................................................表I.3文献中发现的各种精益技术8表I.4根据作者样本（n=546）显示的文章中提及的精益元素的频率分布（Jasti等人，2011年）2015年）10表I.5根据Marodin和Saurin（2013年）样本（n=102）的精益实践频率....................................................................................................................................................... 11表I.6精益实施对绩效的影响12表I.7LP实施的表I.8精益实施的制约因素/合理推进（Bhasin 2015）16表I.9多个不同部门的表I.10精益中技术要素和人的要素的比较（Yang etal.（2012年）20表I.11精益实施中的表II.1本研究使用的表二.2文献中发现的工业表II.3论文中使用的工业表II.4文献中与绩效维度相关的行业目标39表II.5工业目标摘要改编自（Okoshi等人）（2019年）40表二.6与工业目标相一致的预期优先事项的结果（Drohomeretski等人，2001年）（2014年）............................................................................................................................................... 41表III.1产品组合............................................................................................................................表3.3订单需求矩阵72表III.4每个工作站/产品的设置时间参考表III.5计划停机时间表IV.1故障模拟运行112的表IV.2模拟时间范围内的市场需求波动（H=500h）116表IV.3市场波动背景的单向方差分析117表四.4基于群体平均结果.......................................................................................................... 的表IV.5客户要求的品种数量124表四.6需求多样化情景的一种方差分析检验125表IV.7不同环境下的表四.8提前期分析139表IV.9生产吞吐量分析140表IV.10违约率分析141首字母缩略词和缩写xiATO按订单BBN博尔特、贝拉内克和纽曼BPMI业务流程管理计划BPMN业务流程模型和表示法BPR业务流程重新设计人权高专办客户订单脱钩点DARPA国防高级研究计划局DES离散事件模拟说分布式交互式模拟国防部国防部DS分布式仿真ETO订购工程师国际货币基金组织功能性建模接口FOM联合对象模型GUI图形用户界面HLA高级体系结构人力资源管理人力资源管理JIT及时LM精益制造LP精益生产MIT麻省理工MTO按订单MTS在斯托克OEM原始设备制造商OM运营管理天哪对象管理组OTD按时交付P2P点对点PC个人计算机PME工艺和制造工程质量管理体系质量管理体系RTI运行时基础架构法国再保险集团供应链运营参考中小企业中小型企业SMED一分钟换模SPC统计过程控制首字母缩略词和缩写xii强迫症约束理论xiiiTPM总生产维护TPS丰田生产系统TQM全面质量管理TSO时间戳顺序TTM上市时间UML统一建模语言VM视觉管理VMS价值流映射WIP正在进行WS工作站简介1引言精益思维的兴起最早出现在第二次世界大战后的日本丰田生产体系（TPS），"精益"一词是由麻省理工学院的John Krafcik和美国的James Womack提出的。TPS中的精益思维帮助重建了现有的经济，促进了商品行业，特别是汽车行业的发展。从精益中产生的技术是多年来发展起来的，目前构成了一个广泛的范围。精益技术提高了制造业（商品生产）和服务业（银行、医院等）公司的绩效事实上，许多研究都取得了令人满意的结果，但与此相反，许多其他研究和案例研究出版物表明，精益技术失败了，在一些情况下，精益技术的实施过程中存在许多困难。更多详细信息和参考文献见第1章的文献综述。公司被结果所迷惑，对精益的实施持怀疑态度。对精益应用程序的审查提出了一个重要的共同点：没有提供指导，精益的有效性主要取决于管理者的知识。精益原则已经很好地建立起来，精益技术也很广泛，但还没有精益实施的方法。许多问题也随之而来：应该首先实施哪种精益技术？哪种技术最适合每种情况？没有明确的答案，因为在决策时，经济背景、生产约束和需求的演变被忽视了。工业系统当前环境的复杂性和可变性要求对不断变化的客户需求、生产限制和不断变化的需求的经济环境进行准确和动态的分析。与此同时，现有的生产系统发现它们自己负责不同的情况，在这些情况下，它们往往发现很难适应环境。如果以危险、机会主义和直观的方式实施精益工具，高效的生产系统将变得遥不可及。精益技术的选择缺乏通用性，如果实施了错误的工具，这会使精益方法的优势降低。对经济环境和生产制约因素的认识，如果适当的话，就成为帮助管理者决定采用哪种生产技术的重要资产。在竞争激烈的环境中，精益的正确应用及其技术的正确实施是制造企业成功的关键因素。为制造商提供清晰的方法也成为根据其情况做出适当决策的关键因素。在过去的几年里，许多研究都有助于公司精益和六西格玛方法的发展。另一方面，有一些研究从成本、质量、延迟、敏捷性和灵活性等方面衡量了精益技术对公司的贡献（Antonyet al.2012年; Bhamu等人2014年; Fadly Habidin等人。2013年; Karlsson等人1996年）。此外，一些作品简介2展示了促进企业精益项目部署的关键成功因素。不同的是，很少有研究基于模拟发现构建了决策支持的模型或方法（Villarreal等人，2016; Božičković等人，2012; Gurumurthy等人，2011; Detty等人，2000; Greinacher等人，2016）。通过分析已经开发了非常少的工具来实现充分匹配的事实，我们在我们的研究中看到了定义一种方法论解决方案的可能性，该解决方案将基于经济背景和行业目标的结合，为选择精益技术提供更好的决策支持。所提出的贡献必须适用于复杂环境中的所有生产系统（即产品数量、生产中断数量以及稍后确定的其他参数）。不同背景和目标之间的这种相互联系是使精益技术的选择变得容易的主要原因。因此，生产流模拟成为验证和检查生产系统行为的有趣工具。建模和仿真有助于建立现实的概念表示。生产流程模拟功能极其强大，已被制造系统使用了数十年（Rymaszewska 2016）。下面的概要描述了基于大量科学问题的手稿结构：概要论文（Possik 2019）简介3第一章致力于展示精益部署在行业中的背景，并分析研究问题。我们将介绍与精益原则、工具和关键成功因素有关的不同关键概念，以及可能导致实施失败的障碍。特别是，我们将根据现有文献展示精益方法对企业绩效的影响。精益技术在特定工业环境中的适用性不是一个容易和明显的组合。文献综述将侧重于显示全球或部分参与精益工具实施充分性的不同方法的贡献。通过不同的文章和文献综述，处理大量的公司样本，在分析了第一章的研究结果之后，我们将在第二章中定义我们的方法所依据的行业目标。我们将浏览由不同作者撰写的现有参考文献，并为我们的研究选择适当的目标。事实上，工业目标，无论其性质如何（经济的、人类的或生态的），都是实现目标的途径。此外，还必须以更全面的方式确定经济背景，以指导以后将研究的充分性分析。在本章中，我们将在不同的组合之间建立联系，并分析不同的可能性，以映射总体背景。根据所确定的环境类型，定位公司可以促进精益工具的优先级排序在第三章中，我们将讨论在案例研究的发展过程中适用的几种方法。高级体系结构（HLA）是IEEE分布式仿真的标准，它的使用拓宽了我们的视野，为多模型开发、数据交换、互操作性、可重用性和与外部系统的通信打开了大门本章还将介绍系统的体系结构、开发和仿真同步此外，我们将研究背景、目标和精益工具选择之间的组合的影响，以验证案例研究的结果性能。通过模拟平台进行的本研究有两个目标：-首先，评估不同精益工具在不同环境下应用于相同实际模型的反应。-第二，并行地共同模拟不同的假设，以实现假设对同一案例研究的影响的实时可视化在最后一章中，我们将根据一家航空航天设备制造商的案例研究来评估绩效。将观察和解释协同模拟的结果，以避免浪费时间和金钱的可修改决策。简介4关于研究工作这项研究的进展已成为各种会议出版物的主题。书目研究在2017年进行，而交流和讨论在2018年初开始，并在论文写作过程中持续。参考书目中提供了论文的详细参考。目标将是在答辩后不久于2020年初在科学期刊上发表论文结果。第一章精益制造系统2第一章精益制造系统：概念、演变和已确定的问题当前经济世界中的制造业企业面临着两种不同性质的挑战。在一只手，客户管理变得越来越苛刻;今天的客户要求各种产品和不妥协的质量。另一方面，公司的内部预算管理要求严格的预算来进行生产和营销。与产品的不确定性和多样性相关的因素是行业此外，市场竞争日益激烈，迫使制造商迅速采取行动以生存（Bhasin等人，2001年）。2006年，Mishra等人。2006年）。这创造了精益采用的重大演变和扩展，甚至超出在过去的20年里，不同行业、部门和服务业的公司都采用了精益管理，这使它们能够在许多情况下提高绩效和竞争力（Behrouzi等人，2011年; Radnor等人，2006年; Bhasin，2012 a; Alaskari等人，2012年）;Lande等人（2016）。然而，在行业中实施精益，无论是在供应链、生产车间还是工程部门，都是一项复杂的任务，需要对TPS的基本原理和原则有很好的理解。我们现在将讨论这些基础和所面临的复杂性，因为精益面临许多障碍已经变得非常普遍（Scherrer-Rathje et al.2009年）。此外，我们将讨论研究问题，并制定论文的方法相对于现有的I.1 起源、原则和哲学"精益"的概念第一次正式出现在一篇名为1990年），人们最经常提到。然而，这是真的，一本书有一个广泛的视野和爱在一个广泛的观众，这解释了为什么沃马克的书已经成为如此受欢迎在Bozdogan 2010的表I.1中，我们可以看到不同的企业管理系统普遍适用于提高企业绩效。敏捷制造和业务流程再造（BPR）方法是自20世纪90年代以来引入的管理系统精益企业系统是所列管理系统中最古老的，因此，研究人员总是需要与精益制造领域相关的新研究和发展;扩展精益可持续性研究（Marshall 2015），开发精益实施的新试点和概念模型（Jasti et al. 2015），扩展影响成功精益转型的因素研究（Marodin et al. 2013）等。第一章精益制造系统3表I.1生产史主要方法概述（Bozdogan 2010）尽管表I.1中的方法之间存在差异，但它们几乎在同一个主要目标上趋同，即提高运营绩效以满足客户需求。这些方法中的每一种都有其独特的技术和过程导向工具（Cua等人，2001年; Bozdogan，2010年）。精益管理系统代表了一种更全面和全面的方法（Bozdogan 2010），因为它考虑了整个生产系统的生命周期视图。它帮助组织清除废物和减少不必要的活动，以提高整体生产力和客户体验。全面质量管理（TQM）主要关注质量管理、跨职能产品设计和客户参与（Cua et al.2001年）。六西格玛（英语：Six Sigma）是20世纪80年代中期引入的一种战略，由管理者和高管开发和实施，旨在消除差异的来源，消除产品缺陷，缩短周期时间，提高客户满意度（Pande et al. 2001）。六西格玛主要关注底线性能，它没有理论第一章精益制造系统4约束（TOC）方法为运行组织提供了一个清晰的管理范式（Rahman 1998）。这种管理系统旨在最大限度地提高吞吐量和提高组织的敏捷制造是一种越来越受欢迎的新管理系统它已被推广为21世纪制造业的典范。它代表了一种有趣的方法，有助于在当今快速发展和变化的市场中开发灵活、适应性强和高效的生产（Yusuf et al.1999年）。敏捷制造系统使用精益制造理念，但缺乏适当的采用和实施结构和路线图（Hasan et al. 2007; Bozdogan 2010）。BPR是一种新开发的方法，旨在重新思考、重新设计和重组现有的公司业务1999年）。BPR专注于通过追求根本性的改变来完全替换现有的流程，以便在不采取任何小的或谨慎的步骤的情况下拥有一致的业务流程。BPR在理论上有局限性，缺乏管理复杂性的概念手段。此外，BPR没有关注文化和人为因素问题（Bozdogan，2010年）。存在几种绩效改进方法，这些方法侧重于流程管理，对运营灵活性、效率和响应能力产生重大影响公司面临着日益激烈的市场竞争，管理者总是在寻找新的方法、途径和战略来竞争。对于本研究，重点将I.1.1 精益起源：从日本到美国日本已成为精益生产的新兴中心。这是由于当时（20世纪50年代）大规模生产造成了一些问题和限制。日本第一次尝试采用大规模生产，考虑到国家的需要和特殊性，这是低效的它的特点是国内市场较小，对各种汽车的需求很大;此外，日本劳动力拥有强大的议价能力，没有足够的财政资源来购买最新的生产技术，外国制造商不愿在日本建立业务（Sugimori等人，1977年）丰田是一家汽车制造商，在推出一种生产模式方面被证明是先驱，这种模式将填补大规模生产的空白，并满足日本客户的需求（Rymaszewska 2016）。已经发现，生产小批量而不是大批量的产品将降低成本（Womack等人，1990）。这一发现是通过消除不必要的库存和及早发现错误，朝着降低成本和提高质量迈出的重要一步。丰田已经逐步建立了著名的TPS，将这种新的组织方法的基础灌输到生产车间。此外，在深入扎根于生产过程之后，丰田在基于子系统集成（Liker 2016）和基于迭代和协作概念而不是遵循不灵活步骤（Blank 2013）的新产品开发过程中传播了其成功的举措。