Labour flexibility contribution to workload control in to-order flow shop companies

Production Planning and Control mechanisms support companies in facing the continuous challenge coming from turbulent market changes and unpredictable customer’s behaviours. They open new possibilities for companies to achieve competitiveness and flexibility, two vital characteristics for being in the market in the long run. Literature has proven that companies that have a to-order production process take most of the advantage from Production Planning and Control mechanisms, and, specifically, from Workload Control, if production processes are characterized by a high mix and low volume. Workload Control models are based on input and output control. The former uses information about jobs in order to decide when incoming orders can be released into the production process, while the latter uses information about system capacity in order to regulate the workload in the system. Output Control has been quite overlooked in the literature even if its impact on performances has been recognized as important as input control’s one. The aim of this research is to consider and investigate, through simulation, a specific output control in Workload Control: labour flexibility: workers are shifted from underloaded station to overloaded station, no extra capacity is introduced. Labour flexibility or multi-skilled workers has been recognized as a way to adjust and manage the system’s capacity. It is a managerial tool to achieve volume flexibility in production and volume flexibility is recognised as a strategic mean to face uncertainty in markets and growing global competition. This research presents firstly a deep dive in the understanding of the context, given from previous literature and an industry perspective, that revealed labour flexibility to be one of the managerial lever that enables improvements lasting in the long period. Labour flexibility is, then, investigated, through simulation, in a workload controlled flow shop and results show the impact of labour flexibility in the contexts of make-to-order flow shop, explain how labour flexibility realizes performance improvements and identify solutions to take advantage of labour flexibility in practice. Exploiting underload and overload period, this time at Workload control order review and release of customers’ job is then addressed. Mathematical models for the two most important order review and release approaches are presented in order to integrate, for the first time, at this control level of workload control worker’s capacity and availability information. Moreover, worker’s allocation decision, Who will be shifted and Where is decided at order review and release of customer’s jobs based on workload imbalances amongst stations. Results show that throughput time and delivery related performances improve and how, suggesting that resource capacity information should be considered at order’s review and release. Moreover, this brings relevant insights for practice, simplifying worker’s allocation since it is taken prior order’s release. Along with multi-skilled workers, their flexibility and efficiency has been modelled in Dual Resource Constrained literature by means of flexibility and efficiency matrices, that express whether a worker can perform a task and according to which efficiency level. Workers can be assigned to an overlapping range of stations, something called baton-zone bumping in Protzman et al. (2016). While it is obvious that techniques as baton-zone bumping are most effective if all workers are equally efficient at all stations, it is often not desirable to rely on such a highly skilled work force. However, these matrices have been always considered has a given environmental factor in the experiments plan, that, for example, was aimed at testing different allocation’s rules. Rather matrices have been designed with the aim of improving performances, by shaping, for example, the outperforming bowl pattern, where faster stations are placed in the middle of a line. Different matrices have been designed, considering the latest research on capacity adjustments in Unbalanced Lines, and tested in a Dual Resource Constrained flow shop, in combination with different rules concerning worker’s transfer, When, Where and Who rules. Results show whether heterogeneous workers are better than homogeneous, to what extent fully flexible and efficient workers outperforms heterogeneous cross-train configuration, that could place faster workers in different positions along a line i.e. beginning, centre or end stations of the line. Relevant insights for practice emerge regarding the positioning of workers on a line when heterogeneity exists and cross-training investment decision.

I meccanismi di pianificazione e controllo della produzione supportano le aziende nell'affrontare la continua sfida derivante da turbolenti cambiamenti del mercato e comportamenti imprevedibili del cliente. Aprono nuove possibilità per le aziende di raggiungere competitività e flessibilità, due caratteristiche vitali per essere sul mercato nel lungo periodo. La letteratura ha dimostrato che le aziende che hanno un processo di produzione su ordinazione traggono il massimo vantaggio dai meccanismi di pianificazione e controllo della produzione e, in particolare, dal controllo del carico di lavoro, se i processi di produzione sono caratterizzati da un alto mix e un basso volume. I modelli di controllo del carico di lavoro si basano sul controllo di input e output. Il primo utilizza le informazioni riguardo gli ordini per decidere quando gli ordini in arrivo possono essere rilasciati nel processo di produzione, mentre il secondo utilizza le informazioni sulla capacità del sistema al fine di regolare il carico di lavoro nel sistema. Il controllo dell'output è stato abbastanza trascurato in letteratura, anche se il suo impatto sulle prestazioni è stato riconosciuto importante quanto quello del controllo di input. Lo scopo di questa ricerca è di considerare e studiare, attraverso la simulazione, un controllo specifico dell'output: la flessibilità del lavoro, per la quale i lavoratori vengono spostati da una stazione sottosatura a una stazione sovraccarica. Non viene introdotta alcuna capacità aggiuntiva nel sistema produttivo. La flessibilità del lavoro o i lavoratori con più competenze sono stati riconosciuti come un modo per adattare e gestire la capacità del sistema. È uno strumento gestionale per raggiungere la flessibilità del volume nella produzione e la flessibilità del volume è riconosciuta come mezzo strategico per affrontare l'incertezza nei mercati e la crescente concorrenza globale. Questa ricerca presenta innanzitutto una profonda immersione nella comprensione del contesto, data dalla letteratura precedente e da una prospettiva industriale, che ha rivelato che la flessibilità del lavoro è una delle leve gestionali che consente miglioramenti duraturi nel lungo periodo. La flessibilità del lavoro viene quindi studiata, attraverso la simulazione, in un contesto di flusso controllato del carico di lavoro. I risultati mostrano l'impatto della flessibilità del lavoro nei contesti con produzione in serie e Make-to-Stock, spiegano come la flessibilità del lavoro realizza miglioramenti delle prestazioni e identifica le soluzioni per trarne vantaggio nella pratica. Vengono presentati modelli matematici per i due più importanti approcci di rilascio degli ordini al fine di integrare, per la prima volta, a questo livello di controllo le informazioni sulla capacità e sulla disponibilità del lavoratore. Inoltre, la decisione sull'allocazione del lavoratore: Chi verrà spostato e Dove, viene deciso nel momento di presa in carico dell'ordine e al rilascio dei lavori considerando gli squilibri del carico di lavoro tra le stazioni. I risultati mostrano che il tempo di produzione e le prestazioni relative alla consegna migliorano e come, suggerendo che le informazioni sulla capacità delle risorse devono essere considerate nel momento della revisione e del rilascio dell'ordine. Inoltre, questo porta approfondimenti rilevanti per la pratica, semplificando l'allocazione del lavoratore poiché viene presa prima del rilascio dell'ordine. Insieme ai lavoratori polivalenti, la loro flessibilità ed efficienza è stata modellata nella letteratura mediante matrici di flessibilità ed efficienza, che esprimono se un lavoratore può svolgere un compito e in base a quale livello di efficienza. I lavoratori possono anche essere assegnati a un intervallo di stazioni sovrapposte, chiamato baton-zone bumping in Protzman et al. (2016). Mentre è ovvio che tecniche come il baton-zone sono più efficaci se tutti i lavoratori sono ugualmente efficienti in tutte le stazioni, spesso non è auspicabile fare affidamento su una forza lavoro omogeneamente efficiente. Queste matrici sono sempre state considerate come un fattore ambientale dato, che, ad esempio, mirava a testare le diverse regole di allocazione. Le matrici non sono mai state pensate con l'obiettivo di migliorare le prestazioni, modellando, ad esempio, il modello Bowl, in cui le stazioni più veloci sono posizionate nel mezzo di una linea produttiva. Matrici diverse sono state progettate, considerando le ultime ricerche sugli adeguamenti della capacità in Linee non bilanciate, e testate in un contesto di produzione in serie, in combinazione con diverse regole relative al trasferimento del lavoratore. I risultati mostrano che i lavoratori eterogenei sono meglio degli omogenei sia per flessibilità che efficienza e in che misura i lavoratori completamente flessibili ed efficienti superano la configurazione eterogenea. Risultati rilevanti per la pratica emergono riguardo al posizionamento dei lavoratori su una linea e alla decisione di investimento in formazione.