Étude de l'impact du chevauchement sur les performances de projets complexes d'ingénierie

Le chevauchement d'activités au sein d'un projet est une des techniques les plus répandues pour accélérer l'exécution d'un projet. Le chevauchement d'activités consiste à autoriser des activités qui traditionnellement s'exécutent de façon séquentielle à se chevaucher de sorte que les activités en aval débutent avant la fin des activités en amont en se basant sur des informations partielles. Plusieurs stratégies d'exécution de projets appliquées dans la pratique, telles que l'ingénierie simultanée dans les projets de développement de produits et la construction en « fast-tracking », reposent sur ce principe. Cette technique a montré ses preuves dans sa capacité à réduire la durée de projets, avec cependant plusieurs inconvénients. Le chevauchement peut causer des retouches du travail exécuté à partir d'information préliminaire et mener à des itérations. Ces retouches sont difficilement quantifiables et représentent une charge de travail et des coûts supplémentaires qui peuvent réduire ou annuler les bénéfices du chevauchement. Cela soulève la question de quand et de combien les activités devraient être chevauchées dans les projets industriels. Dans la pratique, les gestionnaires de projets ne possèdent pas d'outils d'aide à la décision pour répondre à cette question. Cette thèse s'intéresse ainsi au problème d'ordonnancement de projet avec chevauchement d'activités dans un contexte déterministe. Ce problème cherche à déterminer conjointement le meilleur calendrier en termes de coût ou de durée de projet et les décisions de chevauchement, c'est-à-dire quelles activités chevaucher et dans quelle mesure. Nous nous intéressons aux projets complexes caractérisés par des contraintes de disponibilité de ressources, des réseaux complexes d'activités, un nombre important d'activités et de couples d'activités qui peuvent se chevaucher. Les objectifs de cette thèse sont de modéliser, quantifier et analyser, dans le cas de projets complexes d'ingénierie, l'impact des décisions de chevauchement activités sur les performances de projet (durée et coût), en considérant un modèle réaliste de chevauchement. Cette thèse vise aussi à apporter une meilleure compréhension de ces choix dans les projets complexes et proposer des stratégies générales applicables en pratique. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse sont articulés autour de trois articles publiés ou soumis à des revues scientifiques. Le premier article intitulé « Time-cost trade-offs in resource-constrained project scheduling problems with overlapping modes » (publié en 2014 dans International Journal of Project Organisation and Management) introduit un modèle de chevauchement d'activités basé sur des modes de chevauchement reliés aux jalons internes des activités et permet de modéliser de façon réaliste et flexible la relation entre durée de chevauchement et durée de retouche. Ce modèle est inséré dans une modélisation du problème de compromis durée-coût de l'ordonnancement de projets complexes avec contraintes de ressource et chevauchement d'activités sous la forme d'un programme linéaire en nombres entiers. Les durées de communication/coordination et de retouches sont considérées. Le problème est résolu avec une méthode exacte pour un exemple virtuel de projet. Les résultats illustrent les interactions entre le coût de projet, la durée du projet et les contraintes de ressource ainsi que leur influence sur le temps de résolution. Le second article intitulé « A Path Relinking-based Scatter Search for the Resource-Constrained Project Scheduling Problem » (soumis dans European Journal of Operational Research) introduit une métaheuristique dans la famille des recherches dispersées (« scatter search ») pour résoudre le problème standard RCPSP (« Resource-Constrained Project Scheduling Problem ») sans chevauchement. Cet algorithme utilise la méthode FBI (« Forward-Backward Improvement »), inverse la direction d'ordonnancement à chaque itération et est basé sur deux mécanismes novateurs. Premièrement, un PR (« Path Relinking ») bidirectionnel avec un nouveau mouvement opérant sur les distances entre activités est utilisé comme méthode de combinaison des solutions. Deuxièmement, une méthode d'amélioration est utilisée pour améliorer la qualité et la diversité des solutions de l'ensemble de référence. Une méthode avancée de paramétrage de l'algorithme utilisant une méthode de recherche locale a été développée pour déterminer les meilleures valeurs de ses paramètres. L'article montre que cette métaheuristique est capable de fournir des solutions de grande qualité avec des temps de calcul acceptables et appartient aux meilleures méthodes approchées existantes dans la littérature pour la résolution des instances virtuelles de projet de PSPLIB. Enfin, le troisième article intitulé « Influence of the project characteristics on the efficiency of activity overlapping » (soumis dans Computers & Operations Research) a pour principales contributions de quantifier et d'analyser l'influence de huit caractéristiques de projets sur l'efficacité du chevauchement pour diminuer la durée de projet. La réduction de la durée de projet est obtenue en résolvant le problème RCPSP avec et sans chevauchement. Deux méthodes de résolution sont développées pour résoudre le problème avec chevauchement. Une nouvelle méthode exacte basée sur un programme linéaire en nombres entiers avec modes de chevauchement et des techniques de propagation de contraintes est développée. La seconde méthode est une métaheuristique dérivée de la métaheuristique proposée dans le second article. Ces méthodes sont appliquées à un bassin de 3888 instances virtuelles de projets de 30 à 120 activités avec chevauchement. La première observation est que le chevauchement n'apporte aucune réduction dans près de 25% des cas. Une analyse statistique permet de distinguer l'influence de caractéristiques de projets sur l'efficacité du chevauchement et de montrer que la proportion de couples d'activités chevauchables qui sont sur le chemin critique et la sévérité des contraintes de ressources ont le plus d'influence sur la réduction de la durée de projet. Également, les résultats indiquent que certains principes généraux se dégagent pour les décisions de chevauchement. La meilleure stratégie devrait consister à chevaucher peu de couples d'activités chevauchables et de les chevaucher beaucoup. De plus, même si les activités sur le chemin critique sont plus susceptibles d'être chevauchées, les décisions de chevauchement dans un contexte de contraintes de ressource ne doivent pas uniquement être basées sur la criticalité des activités. Enfin, ces observations sont confrontées aux stratégies pratiques de chevauchement proposées dans la littérature. Ces travaux visent à contribuer au développement d'outils pour assister les gestionnaires de projet dans leurs décisions relatives au chevauchement d'activités. Les principales contributions scientifiques de ces travaux sont les suivantes. Premièrement, nous proposons une modélisation plus réaliste du problème d'ordonnancement de projet avec chevauchement d'activités. Deuxièmement, une nouvelle métaheuristique de type recherche dispersée (« scatter search ») performante pour le problème classique RCPSP est développée. Troisièmement, nous introduisons des méthodes de résolution exacte et approchée performantes pour le problème d'ordonnancement de projet avec chevauchement d'activités. La capacité des méthodes exactes à résoudre des problèmes d'ordonnancement pour des projets de grande taille avec contraintes de ressource étant limitée, cette thèse présente en effet à notre connaissance la première méthode approchée de type métaheuristique pour ce problème. Quatrièmement, ces travaux quantifient et analysent l'effet de huit caractéristiques de projet sur l'efficacité du chevauchement d'activités pour diminuer la durée d'un projet. Enfin, nous proposons des principes généraux pour aide les praticiens à prendre les meilleures décisions de chevauchement d'activités.