Practical guidelines for closed loop manufacturing systems handling

Due to the recent development in the electrical vehicle (EV) field, the handling of single and multiple closed loop manufacturing systems (CLMS) appears to have a predominant role in the near future industry. Indeed, CLMS are used to produce key elements of EVs. Nevertheless, the analysis on CLMS did not attract much attention in the literature. This thesis is developed from an industrial case of multiple CLMS used in EV industry. The company is looking for strategies to improve the system performance as well as avoid the production stoppage caused by deadlock. The performance of the current system is analyzed through discrete event simulation (DES) and guidelines for alternative designs are provided through design of experiments (DOE). Two deadlock prevention/avoidance strategies are provided, proved by finite state automata and compared in terms of system performance. Through the analysis, a particular phenomenon called near flatness arouse our interest. This phenomenon identifies the capability of a CLMS to keep a nearly constant throughput even when the number of items circulating in the CLMS varies. The near flatness phenomenon may increase the flexibility of CLMS, but the literature in this field is rare. Further analysis about the relationship between the near flatness and the system parameters is carried out for single and multiple CLMS. Numerical results, obtained through DES, show that the near flatness phenomenon is related to the efficiency in isolation of the machines, the balancing in terms of processing time of the system and the Mean Time To Repair (MTTR) of the machines. Finally, practical guidelines for CLMS handling, related to the near flatness phenomenon, are provided based on the numerical results.

La gestione dei sistemi produttivi a ciclo chiuso singolo ed a ciclo chiuso multiplo, visti i recenti sviluppi nel campo dei veicoli elettrici, potrebbe avere un ruolo predominante nell'industria del futuro. Questi sistemi, infatti, vengono utilizzati per produrre dei componenti essenziali per un veicolo elettrico. Nonostante ciò, in letteratura non è stata rivolta molta attenzione a questo tipo di sistema. Questa tesi viene sviluppata a partire da un caso industriale di un sistema produttivo a ciclo chiuso multiplo, utilizzato nel settore della mobilità elettrica. L'azienda è alla ricerca di una strategia per migliorare le prestazioni del sistema ed evitare l'interruzione della produzione causata dalla condizione di deadlock. Le prestazioni del sistema attuale vengono analizzate tramite simulazione ad eventi discreti. Vengono dunque presentate linee guida su design alternativi tramite progettazione della campagna sperimentale. Due strategie per la prevenzione/impedimento del deadlock, la cui validità è confermata tramite automi a stati finiti, vengono presentate e comparate in termini di livello produttivo. Dalle analisi sperimentali, un fenomeno chiamato near flatness ha suscitato il nostro interesse. Questo fenomeno identifica la capacità di un sistema a ciclo chiuso di mantenere un livello produttivo quasi-costante, al variare del numero di parti che circolano nello stesso. La near flatness potrebbe aumentare la flessibilità di un sistema produttivo a ciclo chiuso, ma la letteratura in questo campo non è molto ampia. Ulteriori analisi vengono effettuate, riguardo la reazione tra la near flatness e specifici parametri del sistema per questa tipologia di sistemi produttivi. I risultati numerici, ottenuti tramite simulazione ad eventi discreti, mostrano come esista una correlazione tra la near flatness e l'efficienza in isolamento delle macchine, il bilanciamento del sistema in termini di tempi di processo ed il tempo medio di riparazione delle macchine. A conclusione del lavoro, ulteriori linee guida pratiche per la gestione di sistemi produttivi a ciclo chiuso, connesse con il fenomeno della near flatness, vengono proposte sulla base dei risultati numerici.