The pursuit of responsiveness in high variety manufacturing environments. Towards building the Dynamic Response Capabilities

Mass customization is considered as a viable business strategy for Small and Medium-Sized Enterprises (SMEs) to increase their growth and profitability. However, in operations management literature, most of the research on mass customization is geared towards large enterprises while there is little guidance for SMEs in its implementation. Without proper guidance, implementing mass customization in SMEs poses many challenges. The product variety increases which increases complexity in products and production. Besides, due to high variety the manufacturing systems face different types of recurring disturbances from multiple sources that affect the planned production operations with adverse effect on performance. Nonetheless, successful implementation of mass customization requires an appropriate and responsive order fulfilment process capable not only to meet the differentiated customer needs but also to cope with different types of recurring disturbances that may arise at different times, different places in relation to stages in the order fulfilment process, and with different intensity. How such process is developed and maintained may differ among large enterprises and SMEs mainly due SME specific factors such as low sales volume, limited organizational and technological resources, close customer interaction and high demand variability. Therefore, this research aims to understand and explain how responsiveness in the order fulfilment process can be achieved for successful implementation of mass customization in SMEs. For this purpose, the thesis investigates two key aspects: i) designing an appropriate order fulfilment process for mass customization in SMEs; ii) developing the Dynamic Response Capabilities (DRCs) to cope with different types of recurring disturbances arising along the order fulfilment process. The first aspect, designing an appropriate order fulfilment process for mass customization in SMEs, aims at setting the scope of the research work. For this purpose, the research particularly focuses on Assemble-to-Order (ATO) fulfilment strategy for catalogue mode of mass customization in SMEs. To design the order fulfilment process under ATO fulfilment strategy two key elements are identified from literature: i) Workload Control (WLC) is considered as a relevant PPC method for SMEs to plan, prioritize, and coordinate order fulfilment activities starting from the order enquiry/entry stage; ii) similarly, based on the volume-variety requirements within SME context, six shop configuration types have been considered as relevant for SMEs to structure the order fulfilment activities. The second aspect – developing the DRCs to address recurring disturbances arising along the order fulfilment process, which is the core contribution of this thesis –, aims to formalize a framework that can be used as a guiding tool to develop the DRCs of the manufacturing system in SME context. This research defines DRCs as the ability of a manufacturing system to (re)adjust its planned operating routines (i.e. planned capacity, lead time, and workload) in the wake of customer, supplier, and internal disturbances to achieve its operational goals. Based on the reviewed literature, the research employs a routine-based approach to build DRCs as higher order operational capabilities of the manufacturing system by implementing adaptive decision-making routines at different stages in the order fulfilment process. This research argues that in SME context DRCs can be developed by implementing WLC-based decision-making routines at different stages in the order fulfilment process. The I/OC mechanisms of WLC utilize different types of buffer and flexibilities (i.e. lower level capabilities) to readjust the planned workload, capacity, and/or lead-time in the wake of disturbances from customers, suppliers, and internal manufacturing operations. For I/OC mechanisms to be effective, they should be supported with proper sensing routines and mechanisms to have visibility into the current operating conditions in order to recognize the disturbances as they arise along the order fulfilment process and to adapt the planned capacity, lead time, and workload by using available buffer and flexibilities. Thus, to develop DRCs a routine-based framework is proposed which implements WLC-based adaptive decision-making routines at different stages in the order fulfilment process to readjust the planned operating routines in the wake of recurring disturbances. The routine-based framework of the DRCs is tested for its relevance, feasibility, and effectiveness using two case studies from the SME sector and a simulation study performed in collaboration with one of the case companies. Findings from case studies show that mass customization SMEs are already developing different types of DRCs by implementing WLC-based adaptive decision-making routines at different stages of their order fulfilment processes. The findings from case studies provide evidence for DRCs by identifying the adaptive decision-making routines and mechanisms implemented by the case companies to address multiple types of recurring disturbances. In particular, the DRCs to cope with recurring disturbances due to volume demand variability, mix demand variability, rush orders, internal performance variation, and unreliable component supply have been identified. Based on the findings from case studies it is concluded that the routine-based framework is relevant and feasible for mass customization SMEs to build DRCs and to achieve responsiveness in the order fulfilment process. Furthermore, simulation results show that performance in terms of order fulfilment rate and capacity utilization is improved in the presence of recurring disturbances due to volume and mix demand variability by implementing DRCs that utilize WLC-based adaptive-decision making routines at order enquiry/entry and release stages of the order fulfilment process. Based on the findings from the case studies and the collaborative simulation study, it is concluded that the proposed routine-based framework and the I/OC mechanisms can be effectively used to identify, analyze, and develop different DRCs to cope with multiple types of recurring disturbances and to achieve responsiveness in the order fulfilment process for successful implementation of mass customization in SMEs.

La mass customization è considerata una valida strategia aziendale per le piccole e medie imprese (PMI) per aumentarne la crescita e la redditività. Tuttavia, nella letteratura sulla gestione operativa, la maggior parte della ricerca sulla mass customization è orientata verso le grandi imprese, mentre sulla sua messa in opera nelle PMI vi sono poche indicazioni. Senza una guida adeguata, l'implementazione della mass customization nelle PMI pone molte sfide. La varietà dei prodotti aumenta e aumenta la complessità della produzione. Inoltre, a causa dell'elevata varietà, i sistemi di produzione devono affrontare diversi tipi di disturbi ricorrenti da più fonti che influiscono sulle operazioni di produzione pianificate, con effetti negativi sulle prestazioni. Tuttavia, l'implementazione di successo della mass customization richiede un processo di evasione degli ordini adeguato e reattivo in grado non solo di soddisfare le esigenze differenziate dei clienti, ma anche di far fronte a diversi tipi di disturbi ricorrenti che possono sorgere in tempi diversi, momenti diversi, e con diversa intensità, in relazione alle fasi nel processo di evasione dell’ordine. Il modo in cui tale processo viene sviluppato e mantenuto può differire tra le grandi imprese e le PMI, principalmente a causa di fattori specifici delle PMI quali i bassi volumi di vendita, le risorse organizzative e tecnologiche limitate, la stretta interazione con i clienti e l’elevata variabilità della domanda. Pertanto, questa ricerca ha lo scopo di comprendere e spiegare in che modo è possibile conseguire la reattività nel processo di evasione degli ordini per l'implementazione di successo della mass customization nelle PMI. A tal fine, la tesi indaga su due aspetti chiave: i) la progettazione di un adeguato processo di evasione degli ordini per la mass customization nelle PMI; ii) la sviluppo delle capacità di risposta dinamica (DRC) per far fronte a diversi tipi di disturbi ricorrenti durante il processo di evasione degli ordini. Il primo aspetto, la progettazione di un adeguato processo di evasione degli ordini per la mass customization nelle PMI, mira a stabilire l’ambito del lavoro di ricerca. A tal fine, la ricerca si concentra in particolare sulla strategia di Assemble-to-Order (ATO) con la modalità a catalogo di mass customization. Per progettare il processo di evasione degli ordini secondo la strategia ATO, dalla letteratura vengono identificati due elementi chiave: i) Workload Control (WLC) è considerato un metodo di Production Planning & Control (PPC) rilevante per le PMI per pianificare, stabilire le priorità e coordinare le attività di evasione degli ordini a partire dalla fase di richiesta / ingresso dell’ordine; ii) analogamente, sulla base dell'analisi della letteratura, e considerando le caratteristiche del volume-varietà all'interno del contesto delle PMI, sei tipi di configurazione di sistema produttivo sono stati considerati rilevanti per le PMI per strutturare le attività di evasione degli ordini. Secondo aspetto riguarda lo sviluppo delle capacità di risposta dinamica (DRC) per affrontare i disturbi ricorrenti che si verificano durante il processo di evasione degli ordini, ciò che è il contributo principale di questa tesi. Tale contributo mira a formalizzare una struttura che può essere utilizzata come strumento di guida per lo sviluppo delle DRC del sistema produttivo in un contesto delle PMI. Questa ricerca definisce i DRC come la capacità di un sistema di produzione di (ri)-regolare le sue routine operative pianificate (vale a dire capacità pianificata, tempi di consegna e carico di lavoro) a seguito dei disturbi insorti da clienti, fornitori e disturbi interni, per raggiungere i propri obiettivi operativi. Sulla base della letteratura revisionata, la ricerca utilizza un approccio basato sulla routine per creare DRC come capacità operative superiori del sistema di produzione, implementando routine di decisione adattiva in diverse fasi del processo di evasione degli ordini. Questa ricerca sostiene che nel contesto delle PMI i DRC possono essere sviluppati implementando routine decisionali basate su WLC in diverse fasi del processo di evasione degli ordini. I meccanismi I / OC (controllo input / output) del WLC utilizzano diversi tipi di buffer e flessibilità per regolare il carico di lavoro pianificato, la capacità e / o il lead time in seguito a disturbi da parte di clienti, fornitori e operazioni di produzione interne. Affinché i meccanismi I / OC siano efficaci, devono essere supportati con procedure e meccanismi di rilevamento adeguati per avere visibilità sulle attuali condizioni operative, al fine di riconoscere i disturbi che si presentano durante il processo di evasione degli ordini e per adattare la capacità pianificata, il tempo di consegna e il carico di lavoro, utilizzando il buffer e le flessibilità disponibili. Pertanto, per sviluppare i DRC viene proposta una struttura basata su routine di decisione adattive basate su WLC in diverse fasi del processo di evasione degli ordini, per riadattare le routine operative pianificate a seguito di disturbi ricorrenti. La struttura basata sulle routine dei DRC viene testata per la sua rilevanza, fattibilità ed efficacia utilizzando due studi di caso nel settore delle PMI e uno studio di simulazione condotto in collaborazione con una delle aziende oggetto degli studi di caso. I risultati degli studi di caso dimostrano che le PMI con la mass customization stanno già sviluppando diversi tipi di DRC mediante l'implementazione di routine di decisione adattiva basate su WLC in diverse fasi dei loro processi di evasione degli ordini. I risultati degli studio di caso forniscono prove per i DRC, perché permettono di identificare le procedure decisionali adattative e i meccanismi già implementati, nelle aziende dei casi, per affrontare diversi tipi di disturbi ricorrenti. In particolare, i DRC sono stati identificati per far fronte a ricorrenti disturbi dovuti alla variabilità della domanda di volume, alla variabilità della domanda, agli ordini urgenti, alla variazione delle prestazioni interne e alla fornitura di componenti inaffidabili. Sulla base dei risultati degli studi di caso si è concluso che il framework basato sulla routine, proposto nella tesi, è pertinente e fattibile per costruire DRC e per ottenere reattività nel processo di evasione degli ordini in PMI che operano con mass customization. Inoltre, i risultati della simulazione mostrano che le prestazioni in termini di velocità di evasione degli ordini e utilizzo della capacità sono migliorate in presenza di disturbi ricorrenti dovuti alla variabilità della domanda di volume e mix, implementando DRC che utilizzano routine di decisione adattativa basate su WLC su richiesta / ingresso e fasi di rilascio del processo di evasione degli ordini. Sulla base dei risultati degli studi di caso e dello studio di simulazione collaborativa, si conclude che il framework basato su routine proposto e i meccanismi I / OC possono essere utilizzati efficacemente per identificare, analizzare e sviluppare diversi DRC per far fronte a più tipi di perturbazioni ricorrenti e per raggiungere la reattività nel processo di evasione degli ordini per l'implementazione di successo della mass customization nelle PMI.