Ordonnancement pour la fabrication de batteries Li-ion

Ce guide accompagne les planificateurs de production et les responsables d'exploitation dans la configuration et l'ordonnancement d'une ligne de production de batteries Li-ion dans Schantt — du mélange de la bouillie au test et au conditionnement des cellules. Vous construirez un modèle hybride flowshop avec mélange batch, revêtement continu, machines parallèles à chaque étape et changements de série dictés par la chimie.

Ce guide suit une entreprise composite fictive construite à partir de recherches sectorielles sur la fabrication de batteries lithium-ion ; tous les noms, paramètres et chiffres sont donnés à titre indicatif.

Contexte sectoriel

Une ligne de production de batteries Li-ion comprend la préparation des électrodes, l'assemblage des cellules et la finition. Le processus commence par le mélange de la bouillie — mélange de matériaux actifs, de liants et de solvants dans de grands mélangeurs pour produire une pâte d'électrode uniforme. La bouillie est enduite sur une feuille métallique, séchée et calendrée pour comprimer l'électrode à une épaisseur précise. La feuille enduite est fendue en bandes plus étroites et crantée pour lui donner forme, puis assemblée en cellules par enroulement (cylindrique) ou empilement (poche) des couches d'électrode. Les cellules assemblées sont remplies d'électrolyte, soumises à un protocole de charge-décharge de formation, vieillies, puis enfin testées et conditionnées.

L'environnement de production présente plusieurs complexités structurelles. Il mélange traitement batch et flow — le mélange est une opération batch discrète, tandis que chaque étape en aval fonctionne en flux continu ou semi-continu. Plusieurs machines parallèles opèrent à chaque étape, certaines spécifiques à une étape (bobineuses pour cellules cylindriques, empileuse pour cellules poche) et d'autres interchangeables. Les changements de chimie imposent des durées de nettoyage directionnelles qui diffèrent significativement selon le couple origine-destination. Un palier de formation et vieillissement de plusieurs heures sépare le remplissage des cellules du test, et plusieurs étages partagent une atmosphère de salle sèche dont la fenêtre de maintenance trimestrielle arrête toutes les machines à l'intérieur de l'enceinte.

Celerion emploie environ 85 personnes sur un site unique de 2 800 m2, produisant deux classes de produits — les cellules NMC-cylindriques (parcours complet en huit étapes) et les cellules LCO-pouch-formation-free (sans étape de formation) — à travers 8 étapes de production ordonnancées. Une équipe de planification de 3 personnes (un planificateur, un chef d'équipe et le directeur d'usine) gère 8 à 12 SKU actifs en quantités typiques de 10 000 à 50 000 cellules par SKU, travaillant sur des bons de commande confirmés avec un horizon d'une à quatre semaines. L'usine fonctionne selon un calendrier à deux équipes, du lundi au vendredi, 16 heures de production par jour (06 h 00–22 h 00), pour une semaine de travail de 80 heures, avec trois exceptions annuelles au calendrier et une fenêtre de maintenance trimestrielle de 12 heures pour la CVC de la salle sèche.

Aperçu du processus

flowchart LR
  A["Mélange de la bouillie"]
  B["Revêtement et séchage"]
  C[Calandrage]
  D["Fendage et crantage"]
  E["Assemblage des cellules"]
  F["Remplissage d'électrolyte"]
  G["Formation et vieillissement"]
  H["Test et conditionnement des cellules"]
  A --> B --> C --> D --> E --> F --> G --> H
  F -.-> H

Le processus de fabrication des batteries Li-ion progresse de gauche à droite à travers huit étapes. Un tracé en pointillés montre le chemin de saut d'étape pour les variantes de cellules pré-lithiées (sans formation).

Note de gamme : Pour les classes de produits qui sautent l'étape de formation et vieillissement — comme la variante pré-lithiée LCO-pouch-formation-free — le planning enchaîne directement du remplissage d'électrolyte au test et conditionnement des cellules avec un court temps de transfert de manutention seulement, contournant ainsi le palier de formation de plusieurs heures.

Défis d'ordonnancement et comment Schantt les résout

Dans une usine de batteries Li-ion typique, le planning est dicté par les bons de commande confirmés sur un horizon d'une à quatre semaines. Si votre usine est pilotée par des prévisions ou un modèle de fabrication pour stock, la configuration d'ordonnancement reste la même — seule la source d'entrée change. Schantt optimise pour minimiser la durée totale de production — le temps d'achèvement global de l'ensemble des tâches planifiées — en ordonnançant en avant à partir d'une date de début choisie. Pour les campagnes qui s'étendent sur une semaine complète, l'horizon pratique de ce guide est d'une semaine de production, ce qui suffit pour capturer les changements de chimie, les paliers de formation et les fenêtres de maintenance qui caractérisent les lignes Li-ion. En mode Auto, Schantt décide de la séquence des tâches, des affectations machines et du timing exact. En mode Semi-Auto, vous fixez l'ordre de production et le système optimise les affectations machines dans cette séquence figée.

Ce que Schantt gère bien

• Production séquentielle multi-étapes. Schantt modélise la ligne ordonnancée allant de l'électrode au conditionnement comme une séquence d'étapes avec temps de transfert. Le parcours de chaque produit s'enchaîne à travers les étapes requises dans l'ordre.

• Étapes multi-machines avec affectation automatique. Chaque étape dispose de plusieurs machines parallèles (mélangeurs, enducteurs, bobineuses, postes de remplissage). En modes Auto et Semi-Auto, Schantt sélectionne la machine qui traite chaque tâche.

• Pipeline mixte batch et flow. Le mélange de la bouillie (batch) alimente le revêtement continu (flow), puis les étapes suivantes — le tout dans une seule gamme. La simulation gère la privation d'approvisionnement avec des pauses d'attente de matière et autorise les transferts partiels lorsque c'est réaliste.

• Changements de série dépendants de la séquence. Les durées de nettoyage liées à la chimie (cuves de mélange, filières d'enduction, canalisations des têtes de remplissage) sont modélisées comme des temps de changement de série directionnels par machine. L'optimiseur favorise les séquences qui réduisent le temps total de changement.

• Disponibilité et indisponibilités tenant compte du calendrier. Les équipes de travail, les fenêtres de maintenance planifiées, les arrêts de régénération de la salle sèche et les jours fériés sont modélisés via des calendriers et des indisponibilités machine. Les temps de gamme contournent les périodes non travaillées et les arrêts planifiés.

• Gamme par classe avec saut d'étape. Une classe de produits qui saute la formation utilise une gamme qui omet cette étape, avec un temps de transfert de pontage à travers le saut.

Comment Schantt résout chaque défi

1. Changements de série dictés par la chimie.

• L'usine utilise des classes de produits NMC et LCO-pouch sur des équipements partagés. Un changement de chimie sur un mélangeur peut prendre jusqu'à 4 heures de nettoyage (240 minutes de NMC vers LCO), tandis que l'inverse prend 2,5 heures (150 minutes). Les filières d'enduction nécessitent 90 à 150 minutes par changement, et les canalisations des postes de remplissage 60 à 90 minutes. Avec 3 à 4 changements de chimie par semaine, l'usine perd 18 à 28 heures de capacité productive en changements de série.

• Schantt modélise les changements de série comme des durées directionnelles par machine — vous saisissez chaque couple origine-destination sur la page de détail de la machine (par exemple, 240 minutes sur Mixer-C pour NMC-cylindrique vers LCO-pouch-formation-free, et 150 minutes pour l'inverse). Étant donné que le temps de changement de série est intégré dans le début de chaque opération et donc dans la durée totale de production, l'optimiseur favorise naturellement les séquences qui regroupent les tâches de même chimie, réduisant ainsi le temps global consacré aux changements. En mode Auto, le système réordonnance les tâches pour trouver une séquence à moindre changement de série ; en mode Semi-Auto, il maintient votre ordre fixe tout en gérant le temps de changement via les choix d'affectation des machines. Vous saisissez les durées selon vos propres politiques de chimie — Schantt utilise les temps directionnels que vous fournissez sans déduire ni valider la raison de l'asymétrie.

2. Privation à l'interface batch-flow.

• Le mélange de la bouillie fonctionne en mode batch — chaque mélangeur produit un lot de 200 kg en 170 à 225 minutes — tandis que la ligne de revêtement tourne en continu à 3 000–3 600 cellules par heure. Cette transition crée des privations récurrentes : lorsqu'une ligne de revêtement épuise son tampon avant que le lot suivant soit prêt, la production s'arrête. Les relevés d'usine montrent 2 à 4 événements de privation par semaine.

• Schantt gère cela via son modèle de pipeline mixte batch et flow. Chaque étape est typée batch (mélange de la bouillie) ou flow (toutes les étapes aval), et la simulation alimente chaque étape aval à partir des achèvements de l'étape amont en utilisant le temps de transfert de 15 minutes entre le mélange et le revêtement. Lorsque la ligne de revêtement manque de matière avant l'arrivée du lot suivant, le planning insère une pause d'attente de matière — visible sur le Gantt sous forme de segment étiqueté avec la raison au survol — afin que vous puissiez voir le timing exact et l'impact de chaque événement de privation. Les transitions sont chronométrées de manière réaliste grâce au chaînage temporel et aux paramètres de temps de transfert, et vous vérifiez sur le Gantt que les heures de début aval se situent dans la fenêtre d'exposition viable à l'humidité de l'électrode.

3. Complexité d'affectation tâche-machine.

• Avec 18 machines réparties sur 8 étapes — certaines avec une seule machine (calandrage), d'autres avec trois unités parallèles (mélange, fendage) ou quatre (assemblage des cellules) — le planificateur fait face à 40 à 60 décisions individuelles d'affectation tâche-machine chaque semaine. Chaque décision a des répercussions sur la capacité aval et le timing des changements de série.

• En modes Auto et Semi-Auto, Schantt gère l'affectation des machines automatiquement. Chaque machine appartient à une seule étape, et le système explore quelle machine traite chaque tâche à chaque étape, en se limitant aux machines capables de traiter cette classe de produits. Le mode Auto explore à la fois la séquence des tâches et les affectations machines ensemble ; le mode Semi-Auto conserve votre ordre fixe et optimise les affectations dans cette contrainte. Le Gantt montre la machine résultante sur la ligne de chaque opération, et vous pouvez regrouper la vue par machine pour voir les couloirs de capacité de chaque étape. Lorsqu'une classe de produits utilise plusieurs machines à une étape — par exemple, trois fendeuses pour le NMC et trois pour le LCO — les transferts partiels peuvent être activés aux points de transition critiques : à l'interface fendage-assemblage, définissez une quantité d'un rouleau d'électrode, afin que l'assemblage des cellules commence sur la première portion utilisable pendant que le fendage se poursuit.

4. Intervalle de formation s'étendant sur les week-ends et jours fériés.

• L'étape de formation et vieillissement impose un palier chronométré d'environ 24 heures sur chaque cellule — une combinaison d'imprégnation d'électrolyte, de cycles de charge-décharge de formation et de vieillissement à court terme. Étant donné que ce palier s'écoule en temps réel, un lot terminé le vendredi soir ne sort de formation que samedi en fin de journée ou dimanche matin — en heures non travaillées — repoussant le début du test au lundi matin. L'intervalle effectif s'étend à environ 60 heures pour un lot du vendredi soir.

• Schantt modélise le palier de formation comme un temps de transfert du remplissage d'électrolyte vers le test et conditionnement des cellules — un délai forward-only de 1 440 minutes (24 heures) qui s'écoule en continu plutôt que d'être avancé par le calendrier de travail. Pour les classes de produits qui sautent la formation, un transfert de pontage de 30 minutes contourne entièrement le palier. Le planning enchaîne chaque étape suivante pour ne commencer qu'après la fin du palier, et le temps non travaillé du week-end s'affiche sous forme de superpositions ombrées sur le Gantt afin que vous puissiez voir exactement pourquoi certaines opérations s'étendent sur plusieurs jours calendaires. Vous vérifiez manuellement que les lots de cellules concurrents ne dépassent pas les positions de rack de formation disponibles, car Schantt planifie le délai mais ne suit pas l'occupation des racks. Les installations qui exécutent un protocole de vieillissement de plusieurs jours scindent le planning en deux groupes — pré-formation et post-formation — pour garder un horizon d'ordonnancement gérable.

5. Dépendance partagée de la salle sèche.

• Douze machines sur cinq étapes — revêtement et séchage, calandrage, fendage et crantage, assemblage des cellules, et remplissage d'électrolyte — fonctionnent à l'intérieur d'une enceinte de salle sèche. Lorsque la fenêtre de maintenance trimestrielle de 12 heures de la CVC de la salle sèche arrive pour la régénération du déshydratant et le remplacement des filtres, chaque machine dans l'enceinte doit s'arrêter. Saisir cette fenêtre comme un seul arrêt à l'échelle de l'usine sur le calendrier arrêterait l'ensemble de l'installation, y compris les étages situés hors de la salle sèche.

• Dans Schantt, vous saisissez la fenêtre de maintenance de 12 heures comme une entrée d'indisponibilité individuelle sur chaque machine de l'enceinte de la salle sèche : Coater-1, Coater-2, Calender-1, Slitter-1, Slitter-2, Slitter-3, Winder-1, Winder-2, Winder-3, Stacker-1, Fill-1 et Fill-2. L'algorithme contourne la période d'indisponibilité de chaque machine individuellement tout en laissant les étapes amont non concernées (mélange de la bouillie) et aval (test et conditionnement des cellules) libres de continuer. Les indisponibilités s'affichent sous forme de bandes ombrées sur le Gantt avec le motif de maintenance visible au survol. Vous appliquez la même fenêtre à chaque machine plutôt que de saisir un seul événement propagé.

Ce qu'il faut modéliser dans Schantt

L'usine Celerion est configurée à partir de cinq entités de première classe, que vous créez en tant qu'objets de premier niveau :

Une sous-configuration supplémentaire — gammes par classe, temps de transfert, changements de série, exceptions de calendrier et indisponibilités machine — se définit sur les pages de détail de ces entités.

Configuration pas à pas

1. Créez les étapes dans l'ordre. Ajoutez huit étapes du mélange de la bouillie (position 1) au test et conditionnement des cellules (position 8). Définissez le mélange de la bouillie comme type batch et toutes les autres comme flow. Sur la page de détail de chaque étape, saisissez les temps de transfert entre les étapes consécutives :

• Mélange de la bouillie → Revêtement et séchage : 15 minutes
• Revêtement et séchage → Calandrage : 10 minutes
• Calandrage → Fendage et crantage : 10 minutes
• Fendage et crantage → Assemblage des cellules : 15 minutes
• Assemblage des cellules → Remplissage d'électrolyte : 10 minutes
• Remplissage d'électrolyte → Formation et vieillissement : 1 440 minutes (palier de formation de 24 heures)
• Formation et vieillissement → Test et conditionnement des cellules : 30 minutes

Pour le parcours avec saut de formation, ajoutez également un transfert de pontage directement du remplissage d'électrolyte au test et conditionnement des cellules : 30 minutes.

2. Ajoutez les machines à chaque étape. Créez les 18 machines réparties sur les huit étapes :

• Mélange de la bouillie : Mixer-C, Mixer-A, Mixer-S (3 mélangeurs batch)
• Revêtement et séchage : Coater-1, Coater-2 (2 enducteurs flow)
• Calandrage : Calender-1 (1 calandre flow)
• Fendage et crantage : Slitter-1, Slitter-2, Slitter-3 (3 fendeuses flow)
• Assemblage des cellules : Winder-1, Winder-2, Winder-3 (enroulement cylindrique), Stacker-1 (empilement poche)
• Remplissage d'électrolyte : Fill-1, Fill-2 (2 postes de remplissage flow)
• Test et conditionnement des cellules : Tester-1, Tester-2, Pack-1 (test et conditionnement final)

3. Créez les classes de produits et définissez la gamme par classe. Ajoutez deux classes :

• NMC-cylindrique — parcours à travers les 8 étapes dans l'ordre
• LCO-pouch-formation-free — parcours à travers les étapes 1 à 6 et 8, en sautant la formation et vieillissement

Sur la page de détail de chaque classe de produits, activez le transfert partiel à l'étape de fendage et crantage avec une quantité de 1 (un rouleau d'électrode). Cela permet à l'assemblage des cellules de commencer sur la première portion d'électrode utilisable pendant que le fendage se poursuit, réduisant ainsi la fenêtre d'exposition du matériau.

4. Ajoutez un produit par classe. Créez deux SKU représentatifs :

• NMC-18650-2.5Ah (gris) — appartenant à la classe NMC-cylindrique
• LCO-pouch-1.8Ah (bleu-vert) — appartenant à la classe LCO-pouch-formation-free

5. Définissez les paramètres de capacité et les changements de série de chaque machine. Une fois les classes de produits créées, configurez les paramètres par classe de chaque machine sur sa page de détail :

• Mélangeurs batch — durée du cycle et taille du lot :
• Mixer-C : 210 min / 200 kg (NMC), 195 min / 200 kg (LCO)
• Mixer-A : 180 min / 200 kg (NMC), 170 min / 200 kg (LCO)

• Mixer-S : 225 min / 200 kg (NMC), 210 min / 200 kg (LCO)

• Machines flow — débit horaire :

• Coater-1 : 3 200 (NMC), 3 600 (LCO) ; Coater-2 : 3 000 (NMC), 3 400 (LCO)
• Calender-1 : 3 500 (NMC), 3 800 (LCO)
• Slitter-1 : 3 400 (NMC), 3 700 (LCO) ; Slitter-2 : 3 200 (NMC), 3 500 (LCO) ; Slitter-3 : 3 600 (NMC), 3 800 (LCO)
• Winder-1/2/3 : 2 400 (NMC uniquement) ; Stacker-1 : 960 (LCO uniquement)
• Fill-1 : 1 200 (NMC) ; Fill-2 : 960 (LCO)

• Tester-1/2 : 800 (les deux classes) ; Pack-1 : 1 600 (les deux classes)

• Temps de changement de série (directionnels, par machine) :

• Mixer-C et Mixer-S : NMC→LCO 240 min, LCO→NMC 150 min
• Coater-1 et Coater-2 : NMC→LCO 150 min, LCO→NMC 90 min
• Slitter-1/2/3 : 15 min dans les deux sens
• Calender-1 : 0 min (pas de temps de changement entre ces classes)
• Fill-1 et Fill-2 : NMC→LCO 90 min, LCO→NMC 60 min

6. Configurez les calendriers, exceptions et indisponibilités (facultatif). Le calendrier par défaut est déjà défini sur lundi–vendredi, 06 h 00–22 h 00, 80 heures par semaine. Ajoutez trois exceptions de calendrier : le jour de l'An (1er janvier, non travaillé), la Fête du Travail (1er mai, non travaillé) et la fermeture de fin d'année (31 décembre, non travaillé). Ajoutez la maintenance trimestrielle de la CVC de la salle sèche comme une indisponibilité de 12 heures (06 h 00–18 h 00) sur chaque machine de la salle sèche — Coater-1, Coater-2, Calender-1, Slitter-1 à Slitter-3, Winder-1 à Winder-3, Stacker-1, Fill-1 et Fill-2 — ainsi qu'une fenêtre d'arrêt de transition de fin d'année.

Pour des instructions pas à pas sur la configuration de chacun de ces éléments dans Schantt, consultez la documentation Schantt.

Erreurs fréquentes

1. Utiliser un seul changement de série global au lieu de temps directionnels par couple. Le changement NMC→LCO sur un mélangeur est de 240 minutes, tandis que l'inverse est de 150 minutes. Saisir une valeur moyenne unique fausse la véritable pénalité dépendante de la séquence, amenant l'optimiseur à sous-évaluer ou surévaluer certaines transitions de produits. Correctif : Saisissez les deux durées directionnelles pour chaque couple de machines — les valeurs aller et retour indiquées dans le tableau des changements de série ci-dessus.

2. Modéliser le palier de formation comme une étape avec machines. La formation et vieillissement est un palier chronométré où les cellules reposent dans des racks pendant environ 24 heures sans activité machine. Créer une machine de formation ajoute une capacité et une logique de disponibilité qui n'existent pas physiquement. Correctif : Modélisez le palier comme un temps de transfert (1 440 minutes) entre le remplissage d'électrolyte et le test et conditionnement des cellules. Vérifiez manuellement l'occupation des racks de formation sur le Gantt lorsque plusieurs lots sont en formation simultanément.

3. Affecter tout l'assemblage des cellules aux bobineuses, en ignorant l'empileuse dédiée. Les cellules cylindriques utilisent l'enroulement (Winder-1, Winder-2, Winder-3 à 2 400 cellules par heure), tandis que les cellules poche nécessitent l'empilement (Stacker-1 à 960 cellules par heure). Acheminer les cellules poche vers une bobineuse produit une opération d'assemblage incorrecte qui ne correspond pas au processus physique. Correctif : Configurez chaque classe de produits pour qu'elle soit acheminée uniquement vers les machines prévues pour son mode d'assemblage — les bobineuses ne traitent que la classe NMC-cylindrique ; Stacker-1 traite la classe LCO-pouch-formation-free.

4. Omettre le transfert de pontage pour le parcours avec saut de formation. Sans transfert direct du remplissage d'électrolyte au test et conditionnement des cellules, la classe LCO-pouch-formation-free n'a pas de chemin valide — le planning n'a pas de route de la dernière étape pré-saut à la première étape post-saut. Correctif : Ajoutez un temps de transfert de pontage (30 minutes, manutention seulement) entre le remplissage d'électrolyte et le test et conditionnement des cellules.

5. Saisir la maintenance de la salle sèche comme une seule indisponibilité à l'échelle de l'usine plutôt que par machine. Une indisponibilité à l'échelle de l'usine arrête toutes les étapes, y compris le mélange de la bouillie et le test et conditionnement des cellules, qui se trouvent hors de l'enceinte de la salle sèche et pourraient continuer à travailler. Correctif : Appliquez la fenêtre de maintenance trimestrielle de 12 heures individuellement à chaque machine des étages de la salle sèche (enducteurs, calandre, fendeuses, bobineuses et empileuse, postes de remplissage). Le mélange de la bouillie et le test et conditionnement des cellules restent disponibles pendant la fenêtre.

À quoi ressemble un bon planning

Un planning de batteries Li-ion bien configuré dans Schantt montre chaque classe de chimie fonctionnant en blocs compacts, les charges machine équilibrées entre les ressources parallèles, et le palier de formation séparant proprement le remplissage du test sans créer de contraintes de capacité fantômes.

Avant (planificateur hebdomadaire dans un tableur) :
- 18 à 28 heures de capacité productive consommées par les changements de chimie chaque semaine, avec des transitions dispersées dans le planning plutôt que regroupées
- 2 à 4 événements de privation à l'interface batch-flow, chacun nécessitant un réordonnancement manuel de la ligne de revêtement en cours de semaine
- 40 à 60 décisions manuelles d'affectation tâche-machine par le planificateur, aboutissant souvent à des affectations sous-optimales en fin de semaine
- Un lot de formation du vendredi soir retardant silencieusement le début du test jusqu'au lundi, caché dans la logique de lignes du tableur

Après (mode Auto de Schantt) :
- Temps de changement de série visiblement réduit — l'optimiseur séquence naturellement les lots NMC et LCO en campagnes contiguës, éliminant les allers-retours inutiles de changement de chimie
- Privation batch-flow prévisible — les segments d'attente de matière sur le Gantt montrent exactement où et quand la ligne de revêtement s'arrête, vous permettant d'ajuster le timing mélangeur-enducteur dans le prochain cycle de planning
- Affectation machine gérée automatiquement sur l'ensemble des 18 ressources parallèles — le planificateur révise les affectations plutôt que de les construire de zéro chaque semaine
- Palier de formation rendu comme un écart chronométré propre de 24 heures entre le remplissage et le test, avec le temps non travaillé du week-end affiché sous forme de superpositions ombrées — vous voyez d'un coup d'œil pourquoi le test du lundi matin commence plus tard pour les lots du vendredi soir

Essayez dans Schantt

Inscrivez-vous à Schantt et chargez le jeu de données d'exemple intégré pour construire vous-même ce scénario — chaque étape, machine, classe de produits, produit et calendrier de ce guide, avec ses gammes, changements de série, temps de transfert et indisponibilités déjà configurés, prêts à être ordonnancés. Votre configuration et vos plannings restent cantonnés à votre compte d'équipe. Pour approfondir une étape, consultez la documentation Schantt.