Facility relayout problem : design and simulation of a real case study, and proposal of algorithm to solve FLPs

Facility Layout Problem is a category of problems concerning the optimization of the allocation of productive and non-productive areas inside a plant, mainly optimizing the flow of raw materials, work in progress, finished products, tools and operators between the considered areas. In order to design an optimal plant layout, some methodologies have been developed in the last decades. These methodologies are perfect to solve problems with a small number of facilities and are good enough to find a suboptimal solution in problems with a huge number of solutions. In this paper will be presented some of the main resolution methods to facility layout problems and some new approaches. The first aim of this thesis is to apply a hybrid methodology to a real company facing a facility relayout problem. While developing a solution to a facility layout problem is a good habit to develop a simulation model in order to verify the efficiency and discover eventual inefficiencies of the designed plant layout. The simulation model of a factory can be represented with a discrete event simulation model. The second aim of this thesis is to develop a model able to represent the company and evaluate the new layout proposed for the company. In order to study facility layout problems, more papers, some merely theoretical and other also applied to real case study, have been visioned. In order to study discrete event simulation has been taken as reference only the most important book on the subject. In addition to the real case study which has seen the application of both FLPs concepts and Simulation concepts, will be presented some algorithms developed through Python programming language to solve two categories of facility layout problems. The development of that model has been inspired while analyzing the new frontiers of methods to solve FLPs. Since these algorithms are untied from the real case study (fulcrum of this paper), they are introduced only as an enrichment of this paper.

Per problemi di layout dell’impianto (Facility Layout Problem – FLP) si intende una categoria di problemi riguardanti l’ottimizzazione dell’allocazione delle aree produttive e non all’interno di un impianto, principalmente ottimizzando i flussi di materie prime, semilavorati, prodotti finiti, attrezzi e operatori scambiati tra le aree in questione. Per creare un layout ottimale dell’impianto sono state create diverse metodologie negli scorsi decenni. Queste metodologie sono perfette per risolvere problemi con un piccolo numero di aree da allocare e sono invece valide da riuscire a trovare soluzioni subottimali in problemi con un alto numero di aree. In questo documento saranno presentati alcuni dei principali metodi di risoluzione dei problemi di layout dell’impianto e alcuni nuovi approcci. Il primo obiettivo di questa tesi è l’applicazione di una metodologia ibrida a un’azienda reale che sta affrontando un problema di relayout dell’impianto produttivo. Mentre viene sviluppata una soluzione a uno di questi problemi è buona abitudine sviluppare un modello di simulazione per verificare l’efficienza della soluzione trovata ed eventuali inefficienze del layout. Il modello di simulazione di una fabbrica è rappresentabile come simulazione a eventi discreti. Il secondo scopo di questa tesi è di sviluppare un modello di simulazione in grado di rappresentare l’azienda e valutare il nuovo layout proposto. Per poter studiare i problemi di layout dell’impianto sono stati visionati più documenti, alcuni puramente teorici e altri anche applicati a casi reali. Per poter studiare la simulazione a eventi discreti è stato preso come referenza solamente il principale libro sull’argomento. In aggiunta al case study sul quale sono stati applicati i concetti sia di FLP che di simulazione, verranno presentati alcuni algoritmi sviluppati con il linguaggio di programmazione Python, per risolvere due categorie di problemi di layout dell’impianto. Lo sviluppo di tali modelli è stato ispirato analizzando l’analisi delle nuove frontiere di metodi risolutivi per i FLP. Dato che questi algoritmi sono slegati dal case study (fulcro di questa tesi), sono introdotti solo al fine di arricchire questo paper.