A production system has the scope to cope with market requests. A production system is an integrated set of equipment, machinery and human resources aimed at carrying out one or more processes, to transform raw materials or semi-finished products into final products. The market requires today a high level of customization of the product, with small volumes, one of the production system architecture able to satisfy this request is a reconfigurable system. Usually this type of system is characterized by a modular structure: several hardware modules can be added or removed, to improve or to change the capability of the system, to face the variable requirements in terms of products and demand. Once the system is configured, production scheduling is operated to decide when the different batches of products have to be processed. This hierarchical planning approach can not be followed when the customization of products requires frequent reconfiguration of the production system. In these cases, the time horizon for reconfiguration and scheduling decisions is comparable, hence taking these two sets of decisions separately does not allow to find the optimal solution. It is necessary to develop approaches able to consider jointly the reconfiguration planning and the job scheduling. This is a complex and challenging research area that provides a frame to this Thesis. This work proposes a branch-and-bound approach, to optimize the joint reconfiguration planning and scheduling in a modular and reconfigurable flow shop. The proposed approach selects the proper configurations of the stations, the sequencing of the jobs, as well as the allocation of the modular pieces of equipment to the different stations under the constraint of a limited availability. A branching scheme is defined and a branch-and-bound approach has been developed in C++ language and tested. To assess its viability, the proposed approach has been applied to a real industrial problem.
Un sistema di produzione ha lo scopo di far fronte alle richieste del mercato. Esso è un insieme integrato di attrezzature, macchinari e risorse umane finalizzati alla realizzazione di uno o più processi, per trasformare materie prime o prodotti semilavorati in prodotti finali. Il mercato richiede oggi un alto livello di personalizzazione del prodotto, con piccoli volumi: una delle architetture del sistema di produzione in grado di soddisfare questa richiesta è un sistema riconfigurabile. Di solito questo tipo di sistema è caratterizzato da una struttura modulare: diversi moduli hardware possono essere aggiunti o rimossi, per migliorare o modificare la capacità del sistema, per far fronte ai requisiti variabili in termini di prodotti e domanda. Una volta configurato il sistema, viene eseguita la schedulazione della produzione per decidere quando devono essere elaborati i diversi lotti di prodotti. Questo approccio di pianificazione gerarchica non può essere seguito quando la personalizzazione dei prodotti richiede una riconfigurazione frequente del sistema di produzione. In questi casi, l'orizzonte temporale per le decisioni di riconfigurazione e programmazione è comparabile: prendere queste due serie di decisioni separatamente non consente di trovare la soluzione ottimale. È necessario sviluppare degli approcci in grado di considerare congiuntamente la pianificazione della riconfigurazione e la schedulazione dei jobs. Questa è un'area di ricerca complessa e stimolante che fornisce una cornice per questa tesi. Questo lavoro propone un approccio branch-and-bound, per ottimizzare la pianificazione e schedulazione della riconfigurazione congiunta in un flow shop modulare e riconfigurabile. L'approccio proposto seleziona le corrette configurazioni delle stazioni, il sequenziamento dei jobs, nonché l'assegnazione degli elementi modulari delle apparecchiature alle diverse stazioni sotto il vincolo di una disponibilità limitata. Viene definito uno schema a ramificazione e sviluppato e testato un approccio branch-and-bound. L'approccio è stato sviluppato in linguaggio C ++. L’applicabilità della metodologia proposta viene analizzata sulla base di un problema industriale reale.
Production and reconfiguration scheduling in a modular flow shop system
CONGIUSTA, GIUSEPPE
2017/2018
Abstract
A production system has the scope to cope with market requests. A production system is an integrated set of equipment, machinery and human resources aimed at carrying out one or more processes, to transform raw materials or semi-finished products into final products. The market requires today a high level of customization of the product, with small volumes, one of the production system architecture able to satisfy this request is a reconfigurable system. Usually this type of system is characterized by a modular structure: several hardware modules can be added or removed, to improve or to change the capability of the system, to face the variable requirements in terms of products and demand. Once the system is configured, production scheduling is operated to decide when the different batches of products have to be processed. This hierarchical planning approach can not be followed when the customization of products requires frequent reconfiguration of the production system. In these cases, the time horizon for reconfiguration and scheduling decisions is comparable, hence taking these two sets of decisions separately does not allow to find the optimal solution. It is necessary to develop approaches able to consider jointly the reconfiguration planning and the job scheduling. This is a complex and challenging research area that provides a frame to this Thesis. This work proposes a branch-and-bound approach, to optimize the joint reconfiguration planning and scheduling in a modular and reconfigurable flow shop. The proposed approach selects the proper configurations of the stations, the sequencing of the jobs, as well as the allocation of the modular pieces of equipment to the different stations under the constraint of a limited availability. A branching scheme is defined and a branch-and-bound approach has been developed in C++ language and tested. To assess its viability, the proposed approach has been applied to a real industrial problem.File | Dimensione | Formato | |
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