The optimization of a manufacturing line affected by the interference on the operator

The evolving industrial scenario affects the routine of manufacturing companies: internal and external dynamic mutations affect their key production parameters, that undergo fast and sudden modifications. The on-time delivery of the products, together with a strong emphasis on their final quality, are decisive factors for customers' approval and for competitiveness on the market. Companies look for the highest production efficiency in order to operate following a sustainable resource consumption. It is evident the importance of taking right and fast decisions: that’s the reason why many optimization algorithms have been conceived in the last years. There is a clear necessity of a method that, whenever decisions have to be taken, automatically and rapidly finds the best solution. Manufacturing companies face a relevant risk when taking strategic decisions about system resources to be acquired. These risks can be mitigated thanks to performance evaluation models. In literature, it can be found an analytical method supporting the optimization of manufacturing systems configuration: a stochastic analytical model for performance evaluation is integrated into a mixed integer programming problem to provide robust solutions, by means of performance linearization. The objective of this thesis is to focus on a specific issue - the achievement of the target throughput - and create an optimization algorithm to satisfy this requirement. It has to be integrated a performance evaluation model to analyse the behaviour of a line. In addition, a particular constraint is set: since the line is connected to a Digital Twins system, characteristic of the Industry 4.0 scenario, a frequent situation is to have a single operator dedicate to the whole line management. Having several tasks to accomplish, it frequently arises a worker's interference issue. A method to solve this problem is conceived and then applied to the real-life industrial case, regarding a company producing train axles.

Lo scenario industriale in continua evoluzione impatta sulla routine delle aziende mani- fatturiere: mutazioni dinamiche interne ed esterne incidono sui parametri di produzione, che subiscono modifiche rapide e improvvise. La puntualità nella consegna dei prodotti, unita ad una forte enfasi sulla loro qualità finale, sono fattori determinanti per la soddisfazione dei clienti e per la competitività sul mercato. Le aziende ricercano la massima efficienza produttiva per operare seguendo un consumo sostenibile delle risorse. È evidente l’importanza di prendere decisioni giuste e veloci: ecco perché negli ultimi anni sono stati ideati molti algoritmi di ottimizzazione. Vi è una chiara necessità di un metodo che, ogni volta che devono essere prese delle decisioni, trovi automaticamente e rapidamente la soluzione migliore. Le aziende manifatturiere affrontano un rischio rilevante quando prendono decisioni strategiche sulle risorse di sistema da acquisire. Questi rischi possono essere mitigati grazie a modelli di valutazione delle prestazioni. In letteratura si trova un metodo analitico che supporta l’ottimizzazione della configurazione dei sistemi di produzione: un modello analitico stocastico per la valutazione delle prestazioni viene integrato in un problema di programmazione mista integrale per fornire soluzioni robuste, attraverso la linearizzazione delle prestazioni. L’obiettivo di questa tesi è di concentrarsi su una questione specifica - il raggiungimento di una specifica domanda di prodotto - e di creare un algoritmo di ottimizzazione per soddisfare questa esigenza. Deve essere integrato un modello di valutazione delle prestazioni per analizzare il comportamento della linea. Inoltre, si pone un vincolo particolare: poiché la linea è collegata a un sistema Digital Twins, caratteristico dello scenario Industry 4.0, una situazione frequente è quella di avere un unico operatore dedicato alla gestione dell’intera linea. Avendo diversi compiti da svolgere, si verifica spesso un problema di interferenza del lavoratore. Un metodo per risolvere questo problema viene ideato e poi applicato al caso industriale reale, riguardante un’azienda che produce assili per treni.