Analytical model for performance evaluation of manufacturing lines with assembly-disassembly machines

Assembly and disassembly lines cover a significant role in production systems, they are gaining importance in the industrial production of high quantity of standardized products. Performance analysis of production systems is generally performed during the configuration or re-configuration phase of manufacturing systems, where analytical methods play a key role since they provide fast and intuitive solutions. In this thesis is presented a complex analytical model for performance evaluation of discrete asynchronous automated assembly and disassembly lines based on the implementation of threshold-based control policy. The underlying assumptions define machines characterized by deterministic processing time, modelled by Markovian chain single up-single down and continuous flow of discrete parts. The proposed model is based on a two-level decomposition method of the system: buffer level (Building Block) and machine level (Integrated Machine). The main result of the decomposition method applied to the investigated systems is a new shape of the Integrated Machine centred on assembly/disassembly machine: different sets of starvation states for the assembly machine due to upstream buffers being empty and different sets of blocking states for the disassembly machine due to downstream buffers being full. Furthermore, the phenomenon of backward propagation is introduced. It is referred to those phenomena according to which an empty buffer, in any of the assembly branch, generates blocking state on the parallel branch. Similarly, a full buffer in any of the disassembly branch, generates starvation in the parallel branch. To assess the accuracy of the proposed model an extensive simulation and numerical results have been carried out. Performance evaluation techniques able to catch dynamics at system level have high relevance in industrial application. Indeed, the proposed model has been successfully adopted to evaluate performances of a real assembly line. The objective of the investigated real case is to give evidence of the validity of the proposed model and underlying the key role of the proposed model in the design or re-configuration phase of an assembly system.

Le linee di assemblaggio e disassemblaggio coprono un ruolo significativo nei sistemi di produzione, infatti stanno acquisendo sempre più importanza nella produzione industriale di prodotti standardizzati. Durante la fase di configurazione o riconfigurazione dei sistemi produttivi viene generalmente eseguita un'analisi delle prestazioni dei sistemi, in questa fase i metodi analitici giocano un ruolo chiave in quanto forniscono soluzioni rapide ed intuitive. Questa Tesi, infatti, presenta un modello analitico per la valutazione delle prestazioni delle linee di assemblaggio e disassemblaggio automatizzate, asincrone. Il modello sviluppato si basa su ipotesi secondo le quali le macchine sono caratterizzate da tempi di processamento deterministici e sono modellate con Catene di Markov single up-single down, inoltre approssima il flusso continuo di parti come discrete. Il modello proposto si basa su un metodo di decomposizione del sistema a due livelli: livello buffer (Building Block) e livello macchina (Macchina Integrata). Il principale risultato del metodo di decomposizione applicato ai sistemi studiati è una nuova forma della Macchina Integrata centrata sulla macchina di assemblaggio/disassemblaggio: diversi set di stati di starvation per la macchina di assemblaggio a causa di buffer vuoti a monte e diversi set di stati di blocco per la macchina di disassemblaggio a causa dei buffer a valle pieni. Inoltre, viene introdotto il fenomeno della Backward Propagation con il quale si fa riferimento a quei fenomeni secondo i quali un buffer vuoto genera uno stato di blocco sul ramo parallelo. Allo stesso modo, un buffer pieno in uno qualsiasi dei rami di disassemblaggio, genera starvation nel ramo parallelo. Al fine di validare il modello proposto è stata condotta un’ampia campagna sperimentale per valutare i risultati del modello analitico e della simulazione. I modelli analitici per la valutazione delle prestazioni in grado di studiare le dinamiche del sistema hanno un'elevata rilevanza nell'applicazione industriale. Infatti, il modello proposto è stato adattato per la valutazione delle prestazioni di una linea d’assemblaggio reale. L'obiettivo del caso reale studiato è quello di sottolineare la potenza del modello proposto ed evidenziare il ruolo fondamentale di tale modello analitico nella fase di progettazione o riconfigurazione di un sistema di assemblaggio o disassemblaggio.