Production allégée : des processus de conditionnement allégés pour les poudres et les granulés

Un processus d'ensachage des produits en vrac se compose d'une succession définie d'étapes – mise en place du sac, dosage, remplissage, scellage, palettisation – et chacune de ces étapes présente ses propres goulots d'étranglement et sources de pertes. Lors de la mise en place du sac, la précision du positionnement détermine le taux d’erreur. Lors du dosage, le passage du débit grossier au débit fin détermine la durée du cycle. Lors du scellage, la qualité de la soudure détermine si le sac parviendra chez le client ou s’il se déchirera pendant le transport.

La production allégée met en évidence ces pertes et les élimine de manière méthodique, étape par étape, directement au niveau de la machine d'emballage. Contrairement à la les principes stratégiques du « Lean » qui sous-tendent l'optimisation du conditionnement en sacs, qui s'interrogent sur les sources de gaspillage tout au long de la chaîne de valeur, la production allégée se concentre sur l'atelier : sur ce qui se passe concrètement entre la sortie du silo et la palette finie.

Hänggi, Fimpel et Siegenthaler résument cela en une formule : produire sans gaspillage et sans détours – le bon produit, au bon endroit, au bon moment, dans la bonne quantité et avec la bonne qualité. Dans le domaine du conditionnement en sacs de poudres et de granulés, cela signifie : chaque sac est rempli au poids précis, scellé proprement, palettisé de manière stable – sans temps d'attente, sans retouches, sans manipulations superflues entre les étapes. Cet article présente les méthodes Lean les plus efficaces pour chaque étape du processus d’ensachage.

Le flux de matière d'une installation d'ensachage suit une séquence fixe. Chaque produit en vrac – qu'il s'agisse d'acide silicique pyrogéné à 30 g/l ou de fécule de pomme de terre à 600 g/l – passe par les cinq mêmes étapes clés avant de quitter l'installation sous forme de colis prêt à l'expédition. Les différences résident dans la technologie utilisée (système pneumatique, turbine, vide), dans la vitesse et dans la sensibilité aux erreurs de chaque étape.

Hänggi, Fimpel et Siegenthaler soulignent que la « Lean Production » optimise chaque étape individuellement ET le flux entre les étapes. Une emballeuse rapide ne sert pas à grand-chose si la palettisation ne suit pas le rythme. Un dosage précis ne sert à rien si le soudage endommage ensuite un sac sur dix.

Kletti et Schumacher décrivent ce même principe sous l'angle des indicateurs clés : chaque étape du processus possède sa propre valeur OEE – disponibilité, rendement, qualité. Le taux de rendement global de la ligne est le produit de toutes ces valeurs individuelles. Une étape présentant une disponibilité de 80 % ramène le rendement global de la ligne à 80 %, même si toutes les autres étapes affichent une disponibilité de 99 %. C’est pourquoi la production allégée commence là où se trouve l’étape la plus faible, et non là où se trouve la plus grande machine.

La cause la plus fréquente des écarts de processus sur une ligne de conditionnement n'est pas la machine elle-même, mais la variabilité du déroulement des opérations. L'équipe A procède au nettoyage après un changement de produit dans un ordre différent de celui de l'équipe B. L'opérateur expérimenté règle les paramètres de dosage à l'œil, tandis que le nouveau s'appuie sur un tableau qui n'a pas été mis à jour depuis trois ans. Le magasin à sacs se trouve le lundi à gauche de la tubulure, le vendredi à droite, car quelqu’un a garé le transpalette entre les deux. Chacun de ces écarts génère des erreurs, une perte de temps, voire les deux – non pas en tant qu’événement isolé, mais sous la forme d’un bruit de fond statistique qui n’apparaît dans aucun message d’erreur.

La production allégée (Lean Production) répond à cette variabilité à l'aide de deux outils : la standardisation de l'environnement de travail (5S) et la prévention technique des erreurs (Poka-Yoke). Ces deux outils interviennent à des niveaux différents – la méthode 5S au niveau de l'organisation du poste de travail, le Poka-Yoke au niveau de la conception du processus –, mais ils poursuivent le même objectif : empêcher dès le départ tout écart par rapport à la norme.

Hänggi, Fimpel et Siegenthaler considèrent la méthode des 5S comme la première étape vers une réelle amélioration, avant même toute optimisation des processus. Le raisonnement est le suivant : des processus stables reposent sur l'ordre. Tant que le poste de travail est en désordre, il est impossible de détecter les écarts, car il n'existe pas d'état de référence visible.

À la station-service, ces cinq étapes se traduisent concrètement par :

Les 5S comme base pour des postes de remplissage standardisés Il ne s'agit donc pas d'une opération ponctuelle de rangement, mais d'un mode de fonctionnement permanent. Sa valeur ne se mesure pas à l’aune d’un indicateur unique, mais par le fait que toutes les méthodes qui en découlent – SMED, Poka-Yoke, Andon – ne fonctionnent que si le poste de travail est bien organisé. Quiconque tente d’optimiser les temps de préparation alors que l’opérateur passe trois minutes à chercher le bon tournevis ne s’attaque pas au bon problème.

Le Poka-Yoke – littéralement : « éviter les erreurs fâcheuses » – repose sur un principe que Hänggi, Fimpel et Siegenthaler formulent sans ambiguïté : les êtres humains commettent des erreurs. Cette méthode ne vise pas à détecter et à corriger les erreurs, mais à les rendre impossibles de manière constructive.

Sur la ligne de conditionnement, il existe deux endroits où le poka-yoke a le plus grand effet de levier :

Au niveau de l'entrée du sac, l'ouverture correcte de la valve détermine si le sac peut être rempli correctement puis soudé sans défaut. Un sac mal positionné ou une valve qui n'est pas complètement ouverte entraîne soit une fuite de poussière pendant le remplissage, soit un cordon de soudure défectueux. La détection optique du sac – un capteur qui vérifie la position de la valve avant le remplissage – empêche cette erreur avant même qu’elle ne se produise : le processus de remplissage ne démarre que lorsque la position est correcte. Il ne s’agit pas de contrôler après l’erreur, mais de la prévenir.

Lors du scellage, le positionnement de la valve par rapport à la sonotrode de soudage est déterminant. Si l'angle n'est pas respecté, le cordon de soudure sera incomplet ou asymétrique, ce qui entraînera la déchirure du sac lors du stockage ou du transport. Un contrôle de position par capteur avant le soudage garantit que la sonotrode ne se déclenche que lorsque la valve est fixée dans la bonne position. C'est exactement la logique du « Poka-Yoke » décrite par Hänggi, Fimpel et Siegenthaler : une solution par ajustement géométrique ou par capteur qui empêche totalement l'apparition de l'erreur – plus efficace que n'importe quelle liste de contrôle, n'importe quel panneau d'avertissement, n'importe quelle consigne de contrôle. Comment Prévention des erreurs lors du remplissage des sacs ; réduction des émissions de poussière, cet article spécialisé aborde plus en détail la question de la formation de poussière.

Une entreprise de conditionnement qui ensache dix produits en vrac différents sur la même ligne de production est confrontée chaque jour au même dilemme : produire de grands lots et changer rarement de configuration, ou produire de petits lots et changer fréquemment de configuration. La première option minimise le temps de changement de format, mais entraîne une surproduction, des stocks et un capital immobilisé. La seconde option maintient les stocks à un faible niveau, mais réduit la capacité de production en raison des arrêts fréquents. Tant qu’un changement de produit dure 30 ou 45 minutes, il n’y a pas d’issue à ce dilemme.

Le SMED (Single Minute Exchange of Die) résout ce problème en s’attaquant directement au temps de changement d’outillage. Hänggi, Fimpel et Siegenthaler traduisent littéralement ce nom par « changement d’outillage en moins de dix minutes ». Kletti et Schumacher démontrent que, dans la plupart des entreprises, il est possible de réduire les temps de préparation de plus de 50 %, à condition qu’aucune optimisation systématique n’ait déjà été effectuée auparavant.

La clé réside dans une distinction qui peut paraître banale à première vue, mais qui, dans la pratique, transforme l'ensemble du processus de préparation : les opérations de préparation internes par opposition aux opérations de préparation externes.

Hänggi, Fimpel et Siegenthaler illustrent cet effet à l'aide d'un exemple concret : simplement en déplaçant, sur le plan organisationnel, les étapes de préparation externes vers la phase préliminaire – sans aucune modification technique –, l'entreprise citée dans leur exemple a gagné plus d'une heure de temps de production par opération de préparation. Le temps de travail de l'opérateur est resté identique, mais la machine a connu moins de temps d'arrêt.

Concrètement, pour l'installation d'ensachage, cela signifie que, tandis que le dernier lot de l'ancien produit est encore en cours de traitement, le prochain type de sac est déjà prêt dans le magasin, les nouveaux paramètres de dosage sont enregistrés dans le système et l'outil de nettoyage est à portée de main sur le poste. Lorsque l'installation s'arrête, il ne reste plus qu'à effectuer les opérations internes : changement de type de sac, nettoyage, étalonnage. Tout le reste est déjà fait.

Les répercussions vont au-delà de la simple opération de préparation : Comment la production en flux continu sur la ligne de remplissage permet de réduire les délais d'exécution, ne se manifeste qu’au niveau de la commande. N’importe qui peut traiter quatre petits lots de 500 sacs chacun au lieu d’un seul gros lot de 2 000 sacs, sans que le temps de préparation ne grignote le bénéfice, réduit le temps d’attente de la commande suivante, diminue les stocks intermédiaires et raccourcit le délai entre la réception de la commande et la palette prête à l’expédition. Kletti et Schumacher résument ainsi la situation : réduire de moitié le temps de préparation permet de traiter des lots plus petits et donc de raccourcir les délais d’exécution – la relation n’est pas linéaire, mais multiplicative. Le SMED pour des changements de produit rapides sur la ligne d’ensachage sera abordé plus en détail dans un article spécialisé dédié, dès sa publication.

Dans la logique Lean, l’automatisation n’est ni une fin en soi ni un obstacle à la production allégée : elle en est une conséquence. Hänggi, Fimpel et Siegenthaler mettent explicitement en garde contre le réflexe consistant à automatiser le gaspillage au lieu de l’éliminer : celui qui achète un robot pour transporter la tasse de l’armoire à la machine à café n’a pas éliminé le gaspillage, mais s’est contenté de le faire exécuter par une machine. Dans le cas de la ligne de conditionnement, cela signifie : rationaliser d’abord le processus, puis automatiser les étapes manuelles restantes.

Considérés dans cet ordre, on obtient trois niveaux d'automatisation qui correspondent également aux niveaux de maturité « Lean » d'une installation de conditionnement :

L'essentiel réside dans la troisième colonne : ce qui change à chaque niveau d'automatisation, ce n'est pas seulement la vitesse, mais aussi le rôle de l'opérateur. En mode manuel, c'est l'homme qui détermine le rythme. En mode semi-automatique, il partage le rythme avec la machine – et c'est précisément à cette interface que naissent de nouvelles pertes dues à un manque de coordination. En mode entièrement automatique, l'opérateur devient un observateur du processus, qui intervient lorsque le système s'écarte de la valeur de consigne. Bertagnolli décrit précisément ce changement comme la condition préalable pour que le huitième type de gaspillage – les connaissances inexploitées des collaborateurs – devienne productif : ce n’est que lorsque l’opérateur ne manipule plus chaque sac manuellement qu’il a la capacité d’observer le processus, de détecter les écarts et d’apporter des améliorations.

L'automatisation ne remplace donc pas le Lean, mais en constitue le prolongement logique : d'abord les 5S, puis la standardisation, ensuite le poka-yoke – et lorsque le processus est suffisamment stable, l'automatisation constitue l'étape suivante. Les niveaux d'automatisation, en tant qu'indicateurs de maturité Lean, sont abordés plus en détail dans un article spécialisé.

Sources

Hänggi, Roman / Fimpel, André / Siegenthaler, Roland : La production LEAN – simple et complète. Un guide pratique sur les processus allégés, illustré par des images.

Kletti, Jürgen / Schumacher, Jochen : La production parfaite. L'excellence industrielle grâce à la technologie des intervalles courts (SIT). 2e édition, Springer Vieweg, Berlin Heidelberg 2014.  

Bertagnolli, Frank : Lean Management. Introduction et approfondissement de la philosophie de gestion japonaise. Springer Gabler, Wiesbaden, 2018.

Dennis, Pascal : Lean Production Simplified. 3e édition, CRC Press, Boca Raton, 2015.