A decomposition method for the analysis of general manufacturing systems

In the rapidly evolving landscape of the manufacturing industry, there is a growing demand for fast and reliable methods to evaluate the performance of manufacturing systems. These methods play a critical role in both the configuration phase and the operative life of manufacturing systems, facilitating the assessment of potential improvement actions and aiding in the selection of optimal strategies. To address this need, this work presents a novel approximate analytical method for performance evaluation of general manufacturing systems. The proposed method is based on a two-level decomposition approach, effectively breaking down the original system into smaller subsystems, which can be analytically solved. The two levels of the decomposition approach are the machine and buffer levels, which respectively model the material flow in each machine and buffer of the system. This decomposition technique provides a general structure, enabling its application to manufacturing systems with specific layouts, material flows, and control policies. To validate the accuracy and versatility of the proposed method, three different manufacturing systems were subjected to analysis. The first was a closed-loop system, where the achievement of material flow conservation within the system was a noteworthy result, unprecedented in existing literature of analytical methods for closed-loops. The second system examined was a multi-product system employing the PHP control policy, while the third was a two-stage system featuring re-entrant flow of parts for double processing. The successful evaluation of these diverse systems showcased the effectiveness and generality of the proposed analytical approach.

Nel panorama in rapida evoluzione dell'industria manifatturiera, vi è una crescente domanda di metodi rapidi e affidabili per valutare le prestazioni dei sistemi di produzione. Questi metodi giocano un ruolo critico sia in fase di configurazione che nella vita operativa dei sistemi manifatturieri, facilitando la valutazione di possibili azioni di miglioramento e aiutando nella selezione di strategie ottimali. Per rispondere a questa esigenza, questo lavoro presenta un nuovo metodo analitico approssimativo per la valutazione delle prestazioni di sistemi produttivi generici. Il metodo proposto si basa su un approccio di scomposizione a due livelli, che scompone efficacemente il sistema originale in sottosistemi più piccoli, che possono essere risolti analiticamente. I due livelli dell'approccio di scomposizione sono il livello delle macchine e quello dei buffer, che modellano rispettivamente il flusso di materiale in ogni macchina e buffer del sistema. Questa tecnica di scomposizione fornisce una struttura generale, consentendo la sua applicazione a sistemi di produzione con specifici layout, flussi di materiale e politiche di controllo. Per validare l'accuratezza e la versatilità del metodo proposto, tre diversi sistemi di produzione sono stati sottoposti ad analisi. Il primo è un sistema a ciclo chiuso, dove il raggiungimento della conservazione del flusso di materiale all'interno del sistema è stato un risultato degno di nota, senza precedenti nella letteratura esistente sui metodi analitici per cicli chiusi. Il secondo sistema analizzato è un sistema multi-prodotto che con politica di controllo PHP, mentre il terzo è un sistema a due stadi con flusso rientrante delle parti per una doppia lavorazione. La valutazione positiva di questi diversi sistemi ha dimostrato l'efficacia e la generalità dell'approccio analitico proposto.