Development of a simulation tool for production scheduling in a rolling mill

This thesis presents the development of a simulation tool designed to support and improve the weekly production scheduling of the FTM (Fabbrica tubi medi, medium pipe mill) rolling mill at Tenaris Dalmine. The work addresses the limitations of the current manual procedure, which struggles with the increasing complexity introduced by multiple sizes, frequent tool changes, and machine-specific constraints. The goal is to build a computational model capable of integrating all relevant operational limits into a single, reliable, and easy-to-use planning environment, while clearly explaining whether a given production plan is feasible or not. The proposed solution is a discrete-time simulator developed in Excel with VBA routines. It incorporates detailed information on production rates, billet-heating requirements, tool-change durations, operator availability, tool inventories, and roll-refurbishment capacities. The model reproduces the planned product sequence, estimates processing times for each size, and simulates all tool preparation activities throughout the week. It accurately reflects real operating conditions with hourly level resolution over several shifts. A dedicated visualization interface highlights bottlenecks, such as insufficient preparation time, machine unavailability, or saturation of critical departments, and quantifies related inefficiencies. A set of optimization modules allows planners to explore corrective actions, including adding or removing products, as well as adjusting operator allocation. The results show that the tool significantly improves the accuracy, transparency, and robustness of weekly scheduling. It identifies scenarios that could lead to stoppages and offers quantitative support for evaluating alternative plans. An extended version enables multi-week analysis, allowing anticipatory preparation and assessment of production overruns. Applications to real industrial cases have confirmed its ability to validate complex scheduling configurations and support decision-making in a highly constrained manufacturing environment.

La presente tesi descrive lo sviluppo di uno strumento di simulazione progettato per supportare e migliorare la pianificazione settimanale del laminatoio FTM (Fabbrica tubi medi) di Tenaris Dalmine. Il lavoro affronta le limitazioni dell’attuale procedura manuale, che fatica a gestire la complessità introdotta da molteplici diametri, frequenti cambi strutture e vincoli specifici delle macchine. L’obiettivo è costruire un modello computazionale capace di integrare tutti i principali vincoli operativi in un unico ambiente di pianificazione affidabile e in grado di spiegare chiaramente la fattibilità di un piano produttivo. La soluzione proposta è un simulatore a tempo discreto sviluppato in Excel con routine VBA. Il modello utilizza dati relativi a tassi produttivi, tempi di riscaldo, durata della preparazione e dei cambi delle strutture, disponibilità degli operatori, disponibilità di strutture e capacità del reparto di rigenerazione cilindri. Riproduce la sequenza dei prodotti pianificati, stima i tempi di lavorazione e simula le attività di preparazione richieste nella settimana. Il simulatore rispecchia inoltre in modo accurato le condizioni operative reali, raggiungendo una precisione quasi oraria su un orizzonte di più turni. Un’interfaccia dedicata evidenzia i principali colli di bottiglia e quantifica le inefficienze; moduli di ottimizzazione permettono di valutare azioni correttive, come aggiunta o rimozione di prodotti e modifiche nell’allocazione degli operatori. I risultati mostrano che lo strumento migliora sensibilmente l’accuratezza e la robustezza della pianificazione. Il simulatore identifica scenari critici e supporta la valutazione di alternative operative. Una versione estesa consente analisi su più settimane, rendendo possibile anticipare attività di preparazione o gestire eventuali sforamenti produttivi. L’applicazione a casi reali conferma l’efficacia del modello nel validare configurazioni complesse e nel supportare le decisioni in un contesto produttivo fortemente vincolato.