Routing flexibility and workers reallocation in a shop floor with parallel machines and workload control

As a response to high-variety low-volume manufacturing environment of Make-to-Order firms, production managers may adopt a workload control system. The latter is a control method that manages the workload and creates a smooth production flow by filtering jobs released to the shop floor. Although workload control systems have been demonstrated by academics to consistently improve shop floor performances, it has been poorly applied by practitioners probably due to the oversimplified models studied by scholars. One of these key simplifications is the lack of consideration of parallel machines in a station of a job shop, that instead are frequently found in real shop configurations. The thesis aims to cover such gap by studying a shop floor with a station with parallel machines under a workload control system. More importantly, the paper analyzes two capacity adjusting methods applied in parallel machines that have not been tackled in the workload control literature, that are: the routing flexibility and the reallocation of workers only within the station with parallel machines. The thesis first independently studies routing flexibility and workers reallocation on a flow shop (with parallel machines in a station) where it is implemented a workload control and then compares the two methods under different system parameters. Both routing flexibility and workers reallocation have been found to lead to consistent improvements of the main system performances (gross throughput time and shop floor time) and surprisingly these benefits are independent by the unbalance level of the system. In what concerns the specific parameters of the routing flexibility model, it has been discovered that such algorithm brought already most of the benefits (77 percent) with a low level of interchangeability (20 percent). While in the workers reallocation method, it is impacted more by the transfer time and level of workers’ efficiency than the permanence time and the decentralized “when” rule outperformed the centralized one. Finally, the routing flexibility and workers reallocation have been compared in both the balanced and unbalanced case. The two models led to similar results in the balanced scenario, whilst the routing flexibility slightly outperformed the workers reallocation in the unbalanced scenario.

Per affrontare un ambiente manufatturiero caratterizzato da alta varietà e bassi volumi, come è quello generalmente incontrato da aziende Make-to-Order, i responsabili di produzione possono adottare sistemi di controllo del carico di lavoro. Questo metodo di controllo filtra gli ordini che vengono rilasciati in produzione, perseguendo l’obiettivo di creare un flusso di produzione regolare. Nonostante diversi studi accademici abbiano dimostrato che può portare consistenti benefici nelle performance produttive, le applicazioni nel campo pratico sono state limitate. Questo probabilmente è dovuto al fatto che i modelli analizzati negli studi di simulazione vengono costruiti con assunzioni troppo distaccate da reali processi produttivi. Una di queste è che non si considerano generalmente macchine produttive operanti in parallelo, cosa che tuttavia avviene di frequente in applicazioni reali. La tesi si pone l’obiettivo di colmare questo divario studiando un layout con macchine in parallelo in cui viene applicato un sistema di controllo del carico di lavoro. In particolare, lo studio analizza due metodi di bilanciamento della capacità produttiva, che in letteratura non sono stati trattati in contesto di macchine in parallelo. Questi metodi sono la flessibilità del routing e la riallocazione dei lavoratori, con quest’ultima effettuata soltanto tra le stazioni con macchine in parallelo. La tesi studia indipendentemente l’applicazione dei due metodi in un flow shop (con macchine in parallelo in una stazione) nel quale è implementato un sistema di controllo dei carichi di lavoro, e infine paragona i due metodi secondo diversi parametri di sistema. È emerso che sia la flessibilità del routing che la riallocazione portano a benefici consistenti riguardo le principali performance del sistema (tempo di produzione lordo e tempo di attraversamento) e che, sorprendentemente, tali benefici sono ottenuti indipendente dal livello di sbilanciamento del sistema. Invece per quanto riguarda gli specifici parametri, la flessibilità del routing ha dimostrato che porta la maggior parte dei benefici al sistema (77 per cento) con un basso livello di intercambiabilità degli ordini (20 per cento). Mentre è stato statisticamente provato che nella riallocazione dei lavoratori il tempo di trasferimento e livello di efficienza degli operatori hanno più impatto rispetto al tempo di permanenza; e la che regola di riallocazione di tipo decentralizzata porta risultati migliori rispetto a quella centralizzata. Infine, è stato fatto un confronto fra la flessibilità del routing e la riallocazione dei lavoratori sia un caso di sistema bilanciato che in uno sbilanciato. I due metodi portato al sistema quasi lo stesso livello di benefici nel suo caso bilanciato, mentre la flessibilità del routing ha dato risultati leggermente migliori nel caso di sistema sbilanciato.