Balancing cost and flexibility in Supply Chain

Arbitrer coût et flexibilité dans la Supply Chain

Etienne Gaillard de Saint Germain (1)

1 CERMICS - Centre d'Enseignement et de Recherche en Mathématiques et Calcul Scientifique

This thesis develops optimization methods for Supply Chain Management and is focused on the flexibility defined as the ability to deliver a service or a product to a costumer in an uncertain environment. The research was conducted throughout a partnership between Argon Consulting, which is an independent consulting firm in Supply Chain Operations and the École des Ponts ParisTech. In this thesis, we explore three topics that are encountered by Argon Consulting and its clients and that correspond to three different levels of decision (long-term, mid-term and short-term).When companies expand their product portfolio, they must decide in which plants to produce each item. This is a long-term decision since once it is decided, it cannot be easily changed. More than a assignment problem where one item is produced by a single plant, this problem consists in deciding if some items should be produced on several plants and by which plants. This is motivated by a highly uncertain demand. So, in order to satisfy the demand, the assignment must be able to balance the workload between plants. We call this problem the multi-sourcing of production. Since it is not a repeated problem, it is essential to take into account the risk when making the multi-sourcing decision. We propose a generic model that includes the technical constraints of the assignment and a risk-averse constraint based on risk measures from financial theory. We develop an algorithm and a heuristic based on standard tools from Operations Research and Stochastic Optimization to solve the multi-sourcing problem and we test their efficiency on real datasets.Before planning the production, some macroscopic indicators must be decided at mid-term level such as the quantity of raw materials to order or the size of produced lots. Continuous-time inventory models are used by some companies but these models often rely on a trade-off between holding costs and setups costs. These latters are fixed costs paid when production is launched and are hard to estimate in practice. On the other hand, at mid-term level, flexibility of the means of production is already fixed and companies easily estimate the maximal number of setups. Motivated by this observation, we propose extensions of some classical continuous-time inventory models with no setup costs and with a bound on the number of setups. We used standard tools from Continuous Optimization to compute the optimal macroscopic indicators.Finally, planning the production is a short-term decision consisting in deciding which items must be produced by the assembly line during the current period. This problem belongs to the well-studied class of Lot-Sizing Problems. As for mid-term decisions, these problems often rely on a trade-off between holding and setup costs. Basing our model on industrial considerations, we keep the same point of view (no setup cost and a bound on the number of setups) and propose a new model. Although these are short-term decisions, production decisions must take future demand into account, which remains uncertain. We solve our production planning problem using standard tools from Operations Research and Stochastic Optimization, test the efficiency on real datasets, and compare it to heuristics used by Argon Consulting's clients

Cette thèse développe des méthodes d'optimisation pour la gestion de la Supply Chain et a pour thème central la flexibilité définie comme la capacité à fournir un service ou un produit au consommateur dans un environnement incertain. La recherche a été menée dans le cadre d'un partenariat entre Argon Consulting, une société indépendante de conseil en Supply Chain et l'École des Ponts ParisTech. Dans cette thèse, nous développons trois sujets rencontrés par Argon Consulting et ses clients et qui correspondent à trois différents niveaux de décision (long terme, moyen terme et court terme).Lorsque les entreprises élargissent leur portefeuille de produits, elles doivent décider dans quelles usines produire chaque article. Il s'agit d'une décision à long terme, car une fois qu'elle est prise, elle ne peut être facilement modifiée. Plus qu'un problème d'affectation où un article est produit par une seule usine, ce problème consiste à décider si certains articles doivent être produits par plusieurs usines et par lesquelles. Cette interrogation est motivée par la grande incertitude de la demande. En effet, pour satisfaire la demande, l'affectation doit pouvoir équilibrer la charge de travail entre les usines. Nous appelons ce problème le multi-sourcing de la production. Comme il ne s'agit pas d'un problème récurrent, il est essentiel de tenir compte du risque au moment de décider le niveau de multi-sourcing. Nous proposons un modèle générique qui inclut les contraintes techniques du problème et une contrainte d'aversion au risque basée sur des mesures de risque issues de la théorie financière. Nous développons un algorithme et une heuristique basés sur les outils standards de la Recherche Opérationnelle et de l'Optimisation Stochastique pour résoudre le problème du multi-sourcing et nous testons leur efficacité sur des données réelles.Avant de planifier la production, certains indicateurs macroscopiques doivent être décidés à horizon moyen terme tels la quantité de matières premières à commander ou la taille des lots produits. Certaines entreprises utilisent des modèles de stock en temps continu, mais ces modèles reposent souvent sur un compromis entre les coûts de stock et les coûts de lancement. Ces derniers sont des coûts fixes payés au lancement de la production et sont difficiles à estimer en pratique. En revanche, à horizon moyen terme, la flexibilité des moyens de production est déjà fixée et les entreprises estiment facilement le nombre maximal de lancements. Poussés par cette observation, nous proposons des extensions de certains modèles classiques de stock en temps continu, sans coût de lancement et avec une limite sur le nombre d'installations. Nous avons utilisé les outils standard de l'Optimisation Continue pour calculer les indicateurs macroscopiques optimaux.Enfin, la planification de la production est une décision à court terme qui consiste à décider quels articles doivent être produits par la ligne de production pendant la période en cours. Ce problème appartient à la classe bien étudiée des problèmes de Lot-Sizing. Comme pour les décisions à moyen terme, ces problèmes reposent souvent sur un compromis entre les coûts de stock et les coûts de lancement. Fondant notre modèle sur ces considérations industrielles, nous gardons le même point de vue (aucun coût de lancement et une borne supérieure sur le nombre de lancement) et proposons un nouveau modèle.Bien qu'il s'agisse de décisions à court terme, les décisions de production doivent tenir compte de la demande future, qui demeure incertaine. Nous résolvons notre problème de planification de la production à l'aide d'outils standard de Recherche Opérationnelle et d'Optimisation Stochastique, nous testons l'efficacité sur des données réelles et nous la comparons aux heuristiques utilisées par les clients d'Argon Consulting

Mots clés: Assignment Problem; Lot-Sizing; Operations Research; Risk Measure; Stochastic Optimization; Supply Chain Management

Mots clés: Lot-Sizing; Mesure de Risque; Optimisation Stochastique; Problème d'affectation; Recherche Opérationnelle; Supply Chain Management

Domaines: Systèmes dynamiques [math.DS]

Etienne Gaillard de Saint Germain. Balancing cost and flexibility in Supply Chain. Dynamical Systems [math.DS]. Université Paris-Est, 2018. English. ⟨NNT : 2018PESC1113⟩. ⟨tel-02125192⟩