Optimization of production systems characterized by perishable in-process inventory under alternative production policies

Purpose of this work is the optimization of manufacturing systems characterized by perishable in-process inventories under alternative production policies. An optimization function, based on production margins and scrapping costs, is proposed to evaluate the overall performance of the manufacturing system. Scope of this function is to evaluate, not only the overall throughput of the system but, also how the throughput is achieved in terms of scrapping costs. In this function a corrective factor called Scrap Damage is introduced to include any possible environmental impact of scrapping and production owners’ relative concern about the subject. Three distinct scenarios were issued during the analysis, formerly grouping industrial sectors into three sub categories, cheap, equivalent and expensive scrapping. Where scrapping costs were compared with production margins. Using an approximate analytical method. based on continuous-time Markov chains, applied to a production system composed of two machines and one intermediate buffer, two different production policies, and their combination, are analyzed. The model proved to be useful, exploiting new interesting results on systems’ behaviors for both the production policies and for the combination of the two. The optimization function itself was fundamental to evaluate non-trivial effects of production policies on system outcomes. A case study based on a real manufacturing system is presented where both the model and the function proved to be of practical interest. Further developments are suggested at the end of the work.

Scopo di questo lavoro è l’ottimizzazione dei sistemi produttivi caratterizzati da inventari la cui deperibilità è critica rispetto ai tempi di processo, sottostanti a differenti politiche produttive. Una funzione di ottimizzazione basata sui costi di scarto e sui margini di produzione viene proposta per valutare le prestazioni della linea, includendo anche informazioni riguardo il come le prestazioni sono ottenute in termini di costo di scarto. In questa funzione, viene inserito un fattore correttivo chiamato Danno da Scarto che tenga conto dell’impatto ambientale, e non solo, che lo scarto potrebbe avere. Inoltre, il fattore rende possibile aumentare l’impatto dello scarto sui costi dando valore all’importanza relativa delle singole aziende sull’argomento. Tre distinti scenari sono stati individuati per categorizzare i settori industriali interessati dove i costi di scarto sono stati confrontati con i margini produttivi suddividendoli in: scarto economico, equivalente e costoso. Usando un metodo analitico approssimato basato su catene di Markov a tempo continuo, applicato ad un sistema composto da due macchine ed un buffer intermedio, sono state analizzate due differenti politiche produttive e la loro combinazione. Il modello si è dimostrato utile, mostrando interessanti comportamenti dei sistemi analizzati. La funzione di ottimizzazione è stata fondamentale per la valutazione degli effetti complessi causati dalla modifica delle politiche di produzione. Un caso studio su un sistema produttivo reale viene presentato dove il modello e la funzione hanno dimostrato il loro interesse pratico. Ulteriori sviluppi sono suggeriti al termine del lavoro.