Système kanban à flux tiré

Objectif

Le système kanban décide du moment et de la quantité d'une production: rien n'est fabriqué en amont avant qu'un signal de consommation ne soit revenu de l'aval, et la quantité produite est celle qui a été prélevée. « Kanban » désigne en japonais l'enseigne ou le panneau. Dans le vocabulaire de production, le mot nomme le signal lui-même, puis le système entier qui le fait circuler.

Le problème traité est la surproduction. Dans un atelier piloté par un ordonnancement prévisionnel, chaque poste pousse son résultat vers le suivant, qu'il en ait l'usage immédiat ou non. Ohno place la surproduction au premier rang des gaspillages parce qu'elle masque tous les autres: un stock d'en-cours entre deux postes absorbe une panne, un rebut ou un déséquilibre de charge. La règle du flux tiré supprime la possibilité de produire en avance: sans signal, le poste amont s'arrête.

Le livrable est un ensemble de boucles dimensionnées, une par article et par couple de postes. Le kanban dit qui autorise une production; la baisse des stocks en découle.

La technique appartient au pilier juste-à-temps du système de production Toyota, dont Ohno nomme l'autre pilier le jidoka, l'arrêt automatique de la machine sur défaut. Le juste-à-temps énonce l'objectif, soit fournir la bonne pièce au bon moment dans la bonne quantité; le kanban est le mécanisme qui l'obtient.

Usage

Quand l'utiliser

• Consommation répétitive d'articles standard: la boucle se reconstitue d'elle-même, sans ordonnancement article par article.
• Stock d'en-cours qui s'accumule entre deux postes: le nombre de contenants en circulation en devient le plafond physique.
• Délai de réapprovisionnement court et mesurable: la quantité immobilisée dans la boucle reste faible.
• Approvisionnement externe sous contrat-cadre: le contenant vide vaut commande, sans appel ni bon de commande.
• Consommables tenus par ceux qui les utilisent: le signal est visible au poste, sans saisie ni inventaire.

Quand ne pas l'utiliser

• Demande sporadique ou fabrication à l'unité: aucune consommation régulière à reconstituer, planifier chaque affaire à la commande.
• Délai d'approvisionnement instable: la quantité qui couvrirait la dispersion des délais coûte plus que la règle ne fait gagner, piloter cet article sur prévision avec un stock de sécurité assumé.
• Article en fin de vie ou dont l'indice change souvent: le contenu de la boucle devient obsolète avant d'être consommé, revenir à un lancement à la commande.

Description

L'idée venue du supermarché

Ohno tient l'origine du mécanisme d'un supermarché américain, qui regarnit ses rayons au rythme où les clients prélèvent, sans anticiper sur ce qu'ils prendront. Il transpose: le poste amont est le magasin, le poste aval est le client. Le client va au magasin chercher la pièce dont il a besoin, au moment où il en a besoin, dans la quantité dont il a besoin; le magasin remet aussitôt en rayon la quantité qui vient d'être prise. Ces deux propositions portent les deux règles de la technique: l'aval ne prélève que ce qu'il consomme et l'amont ne produit que ce qui a été prélevé. Les autres règles d'exploitation du système Toyota, dont le lissage de la production et la non-transmission d'une pièce défectueuse, encadrent le fonctionnement du kanban sans en faire partie.

Toyota a généralisé le mécanisme dans ses propres usines du début des années 1950 à un usage complet vers 1962, avant de l'étendre à ses fournisseurs: la règle s'énonce en deux propositions, sa tenue dans un atelier se construit poste par poste.

Flux poussé, flux tiré

Le flux tiré inverse le déclencheur de la production. Les pièces avancent vers l'aval dans les deux dispositifs. En flux poussé, une prévision ou un programme décide en amont de produire, et le résultat descend le flux indépendamment du besoin du poste suivant; les écarts entre le programme et la consommation se déposent en stock d'en-cours à chaque interface. En flux tiré, la consommation constatée en aval libère la permission de produire en amont; le programme prévisionnel garde son rôle pour la capacité, les effectifs et les approvisionnements longs, il ne commande plus le lancement.

Le système à deux bacs

La forme la plus petite qui fonctionne demande deux contenants et une étiquette par article. Les deux bacs de la même référence sont au bord de la ligne. L'opérateur puise dans le bac A jusqu'à l'épuiser, puis pose le bac vide à l'endroit convenu, un bord d'étagère ou une zone de retour, avant d'entamer le bac B. Le bac vide posé là est la commande de réapprovisionnement: le magasin interne ou le fournisseur sous contrat-cadre le reprend et le rend plein pendant que le bac B se vide à son tour. Le bac revenu se range derrière celui qui est en service.

Le signal et l'autorisation sont le même objet physique: il n'y a rien à saisir et rien à oublier. Trois règles suffisent à le tenir. On n'ouvre pas le second bac sans avoir posé le premier au retour. On ne rend pas un bac partiellement plein, sous peine de déclencher une quantité de réapprovisionnement fausse. On ne prélève jamais dans le bac en cours de réapprovisionnement, resté sur la zone de retour.

L'étiquette du bac porte tout ce que le réapprovisionnement demande. Sur une boucle à cartes, cette même information figure sur le kanban, qui se détache du contenant entamé et remonte au poste fournisseur, où il devient l'ordre de fabrication de la quantité inscrite.

Dimensionner la boucle

Sur une boucle à cartes, la contenance est donnée par le conditionnement et la question est le nombre de contenants à faire circuler. La formule d'usage rapporte la consommation pendant le délai de réapprovisionnement à cette contenance:

N = (D × L × (1 + α)) / Q, où D est la consommation moyenne par unité de temps, L le délai de réapprovisionnement dans la même unité, α une marge de sécurité et Q la quantité par contenant.

La forme à deux bacs prend le problème dans l'autre sens: le nombre de contenants y vaut deux par construction et c'est la contenance qui se calcule. Pendant le réapprovisionnement du bac parti, le poste ne dispose que du second, qui doit donc couvrir à lui seul la consommation du délai. La quantité par bac est alors Q = D × L × (1 + α), arrondie au conditionnement standard. Tant que les contenants sont peu nombreux, ce sont les N − 1 bacs restés au poste qui couvrent le délai, soit (N − 1) × Q ≥ D × L × (1 + α); la formule générale suppose au contraire un réapprovisionnement continu, donc assez de contenants en mouvement.

Le délai L se mesure du moment où le signal est posé au moment où le contenant plein est disponible au poste: il inclut le ramassage, le transport, l'attente en file au poste fournisseur et le changement de série, tous absents du temps d'usinage que l'on serait tenté d'y mettre. La consommation D se relève sur l'historique, en distinguant les articles à demande régulière de ceux dont la demande arrive par à-coups, pour lesquels la boucle n'est pas la bonne réponse. Pour la marge α, on retient couramment 10 à 20% dans une chaîne stable, davantage lorsque le fournisseur est lointain. La quantité immobilisée croît avec L: un délai long rend la boucle coûteuse sans l'interdire. Réduire le contenu de la boucle, c'est réduire L.

Le flux tiré et le tableau kanban

Le mot kanban nomme deux objets distincts que l'on confond souvent. Le premier est la règle de pilotage née à l'atelier: un signal de consommation autorise une production. Le second est le tableau kanban et ses limites d'en-cours, une surface qui répartit les tâches d'une équipe en colonnes selon leur état d'avancement, chaque colonne plafonnant le nombre de tâches admises simultanément. L'en-cours, que les outils appellent WIP, est le travail engagé et non terminé.

Le plafond de colonne transpose la règle du flux tiré au travail intellectuel: une place libre en aval vaut le bac vide, et elle seule autorise l'équipe à engager une tâche de plus. Le Portfolio Kanban applique le même plafond un cran plus haut, sur les initiatives qu'un portefeuille tient ouvertes en même temps. La règle et le tableau ne s'impliquent pourtant pas l'un l'autre. Le tableau des tâches porte les mêmes colonnes sans plafond: il rend l'état du travail visible, chacun engageant une tâche au moment qu'il juge bon. Le système à deux bacs, à l'inverse, applique la règle sans aucune surface d'affichage.

Ce qui fait échouer la technique

Le stock de confort à côté du poste

Un carton de pièces gardé sous l'établi pour ne jamais manquer suffit à neutraliser la boucle: le bac ne se vide plus, le signal ne part plus et le magasin découvre la rupture le jour où le carton s'épuise. Le stock caché est la réaction normale d'un atelier qui a connu des ruptures. Il se traite en corrigeant le dimensionnement qui les a causées; interdire le carton laisse la cause en place.

L'ordre de fabrication maintenu en parallèle

Le planificateur continue d'éditer des ordres depuis le calcul des besoins, le MRP de l'ERP, pendant que les cartes circulent. Le poste amont reçoit alors deux autorisations pour la même pièce et produit sur la plus généreuse. Le kanban devient un affichage, le flux redevient poussé. Sur les articles pilotés en boucle, le calcul des besoins n'émet plus l'ordre de lancement.

Le contenant vide qui attend son ramassage

Une tournée de ramassage hebdomadaire allonge le délai réel de plusieurs jours sans que personne ne recalcule la boucle dimensionnée sur l'ancien délai. Les ruptures qui suivent sont attribuées à la technique, alors qu'elles mesurent un écart entre le L du calcul et le L du terrain. La fréquence de ramassage est un paramètre de la boucle au même titre que la quantité.

Les cartes retirées pour faire baisser le stock

Retirer des kanban réduit l'en-cours par construction, ce qui en fait la manœuvre la plus tentante d'un plan de réduction des stocks. Elle ne change ni le délai, ni la variabilité de la demande: la boucle passe sous le seuil que ces deux valeurs imposent, et la ligne s'arrête. Un retrait de carte se prépare par la réduction du délai qui l'autorise, puis se vérifie sur quelques semaines avant le suivant.

Considérations IA

Un modèle exploite l'historique de consommation d'un ERP pour entretenir les boucles. Il classe les références selon la régularité de leur demande et désigne celles dont le profil est devenu sporadique. Il recalcule les quantités par bac sur la consommation des derniers mois et signale les écarts avec les valeurs imprimées sur les étiquettes, travail fastidieux que personne ne reprend article par article. Sur un historique de mouvements, il reconstitue le délai observé entre la pose d'un signal et la mise à disposition du contenant plein, puis compare cette distribution au délai retenu dans le calcul. Il simule enfin l'effet d'un retrait de carte sur le risque de rupture, ce qui donne une base chiffrée à une décision prise à l'estime.

Deux choses ne se délèguent pas. Le délai de réapprovisionnement et la marge de sécurité décrivent un atelier particulier, avec ses aléas de transport, ses changements de série et la fiabilité de son fournisseur; un modèle sommé de les fixer produit une valeur plausible sans origine, qui se paie en ruptures. Un modèle capable de prévoir la consommation d'un poste invite à réapprovisionner avant que le signal ne revienne, ce qui restaure le flux poussé que la technique supprime. La prévision sert à dimensionner la boucle; le déclenchement reste au signal. Les historiques de consommation portent aussi les volumes des clients finaux et les prix des fournisseurs: ils s'anonymisent avant tout envoi vers un service externe.

Exemples

Un sous-traitant de l'Arc jurassien qui assemble des sous-ensembles de précision tient chacune de ses références de visserie et de ressorts en boucle à deux bacs, au bord de la ligne. L'artefact que produit la technique est l'étiquette de la boucle.

Le magasin ne reçoit aucune demande écrite pour cette référence. Le bac vide posé sur la zone de retour est la totalité de l'ordre: son étiquette dit quoi, combien et pour quel poste. Les deux bacs immobilisent CHF 98.00 de matière, soit sept jours de consommation pour un délai de trois jours. Ce doublement est le prix de la forme à deux bacs, où chaque bac couvre le délai à lui seul.

Le magasin passe ensuite d'un ramassage quotidien à un ramassage tous les deux jours et le délai monte à quatre jours ouvrables. Le bac en service doit dès lors couvrir 40 × 4 × 1,15 = 184 pièces, hors du conditionnement de 140. L'atelier garde le conditionnement et met un troisième bac en boucle: deux bacs restent au poste pendant que le troisième part au réapprovisionnement, soit 280 pièces disponibles pour un besoin de 184.

La même logique tient un stock de consommables médicaux dans une unité de soins, deux bacs étiquetés par article dans l'armoire, l'infirmière posant le bac vide sur le dessus. Rien n'y est fabriqué.

Visualisations

La figure met en regard les deux dispositifs sur deux étages. Les marchandises vont de gauche à droite dans les deux cas. La flèche du déclencheur pointe vers l'aval en flux poussé, de l'ordonnancement vers chaque poste; elle pointe vers l'amont en flux tiré, du poste consommateur vers son fournisseur. L'inversion du sens de cette seconde flèche est ce que la figure doit rendre visible.

La boucle à deux bacs se dessine en cycle fermé: le bac en service au poste, le bac vide sur la zone de retour, le trajet vers le magasin fournisseur, le retour du bac plein. L'événement qui ferme la boucle, le bac qui se vide, porte son étiquette avec la quantité, ce qui rattache le dessin au calcul de dimensionnement.

Coût

Outils

Les bacs et les étiquettes plastifiées sont l'outillage complet d'une boucle interne. Une zone de retour visible du poste et un conditionnement standard suffisent à faire circuler le signal, sans licence ni réseau. On commence par là même dans une usine bien équipée: la boucle physique se corrige en changeant une étiquette.

Les cartes kanban à code-barres ou QR ajoutent la traçabilité lorsque le magasin fournisseur est éloigné du poste. Le scan du kanban au départ et à l'arrivée donne le délai réel par mouvement, la mesure dont dépend tout le dimensionnement.

Les modules kanban des ERP, dont SAP S/4HANA qui porte la fonction sous ce nom, tiennent les boucles électroniques: le poste déclare le contenant vide, le système émet l'ordre de réapprovisionnement et conserve l'historique. Ils conviennent aux boucles entre sites ou avec des fournisseurs externes. Le nom prête à confusion: dans beaucoup d'outils de gestion, « vue kanban » désigne un affichage en colonnes sans règle de tirage. Le risque des vrais modules est de reconstituer un ordonnancement classique derrière le vocabulaire: l'ordre repart alors du calcul des besoins.

Les portails fournisseurs étendent la boucle au-delà de l'entreprise sous contrat-cadre: le contenant vide déclenche une livraison sur un contrat déjà négocié, sans commande à émettre pièce par pièce.

Un tableur reste l'outil du dimensionnement. Il porte la consommation relevée, le délai mesuré, la marge et la quantité obtenue pour chaque référence, ce qui rend le recalcul périodique tenable.

Sources

• Taiichi Ohno, Toyota Production System: Beyond Large-Scale Production, Productivity Press, 1988, ch. 1 « Starting from Need »: les deux piliers du système de production Toyota, le juste-à-temps et le jidoka, ainsi que le rang de la surproduction parmi les gaspillages. La section « An Idea from the U.S. Supermarket » du même chapitre porte l'origine du mécanisme, l'analogie du supermarché et les deux règles de prélèvement par l'aval et de production de la seule quantité prélevée.
• Lean Enterprise Institute, Lexicon: Kanban: la définition du kanban comme dispositif de signalement portant l'autorisation et les instructions de production ou de prélèvement dans un système à flux tiré.
• Lean Enterprise Institute, Lexicon: Pull Production: l'opposition entre flux poussé et flux tiré, ainsi que les trois formes d'application, dont le flux tiré de type supermarché auquel appartient le système à deux bacs.
• American Society for Quality, Quality Glossary: Kanban: la formulation du cycle de la carte, qui revient à sa source et y vaut ordre de réapprovisionnement.