Bucket brigades in multi-manned assembly lines: a discrete-event simulation study of workforce flexibility in mixed-model automotive production

The increasing complexity of modern manufacturing, driven by demand variability and the shift toward highly customized products, intensifies the need for effective workforce flexibility strategies in automotive production systems. Although the literature on Dual Resource Constrained (DRC) systems has extensively covered labor flexibility, the bucket brigades strategy has received limited attention in such settings. Specifically, its applicability to multi-manned configurations, its comparative performance against dynamic relocation strategies in realistic high-end automotive contexts, and the robustness of its advantages under finite worker travel time have never been systematically investigated. To address these gaps, this thesis evaluates the bucket brigades strategy under different skill distribution patterns and cross-training levels, by comparing it against alternative workforce flexibility strategies, and quantifying how the performance advantages of bucket brigades are affected when realistic travel times are introduced. For this purpose, a discrete-event simulation model was developed, representing a DRC mixed-model and multi-manned automotive assembly line for high-end vehicle production characterized by high processing time variability. A full factorial experimental design was applied across three system configurations. Results demonstrate that bucket brigades achieve optimal performance under a linear skill distribution pattern combined with a high cross-training level, consistently outperforming both centralized and decentralized dynamic relocation strategies across all tested conditions. The performance advantage is particularly pronounced in shop load reduction, driven by the inherent pull mechanism that prevents upstream workers from pushing new vehicles downstream. These advantages persist under finite travel time constraints, with robustness maximized under the same linear skill distribution pattern and high cross-training level. The findings confirm that bucket brigades can be successfully adapted to multi-manned assembly lines, providing evidence-based guidance for their deployment in high-end automotive assembly contexts.

La crescente complessità dei sistemi produttivi moderni, determinata dalla variabilità della domanda e dalla transizione verso prodotti altamente personalizzati, accentua la necessità di strategie efficaci di flessibilità della forza lavoro nei sistemi di produzione automotive. Sebbene la letteratura sui sistemi Dual Resource Constrained (DRC) abbia ampiamente trattato la flessibilità del lavoro, la strategia delle bucket brigades ha ricevuto un'attenzione limitata in tali contesti. In particolare, la sua applicabilità a configurazioni multi-operatore, le sue prestazioni comparative rispetto alle strategie di riallocazione dinamica in scenari realistici di produzione automotive di fascia alta e la robustezza dei suoi vantaggi in presenza di tempi di spostamento finiti degli operatori non sono mai stati sistematicamente investigati. Per colmare tali lacune, la presente tesi valuta la strategia delle bucket brigades in presenza di diversi schemi di distribuzione delle competenze e livelli di cross-training, confrontandola con strategie alternative di flessibilità della forza lavoro e quantificando in che misura i relativi vantaggi prestazionali vengano influenzati dall'introduzione di tempi di spostamento realistici. A tal fine, è stato sviluppato un modello di simulazione a eventi discreti rappresentante una linea di assemblaggio automotive a modelli misti e multi-operatore per la produzione di veicoli di fascia alta, caratterizzata da un'elevata variabilità dei tempi di lavorazione. I risultati dimostrano che le bucket brigades raggiungono prestazioni ottimali in corrispondenza di uno schema di distribuzione lineare delle competenze combinato con un elevato livello di cross-training, superando sistematicamente sia le strategie di riallocazione dinamica centralizzate sia quelle decentralizzate in tutte le condizioni testate. Il vantaggio prestazionale risulta particolarmente pronunciato nella riduzione del carico del reparto produttivo, favorito dal meccanismo di pull intrinseco alla strategia, che impedisce agli operatori a monte di trasferire nuovi veicoli verso valle prima del necessario. Tali vantaggi persistono in presenza di vincoli di tempo di spostamento finito, con robustezza massima in corrispondenza dello stesso schema di distribuzione lineare delle competenze e dell'elevato livello di cross-training. I risultati confermano che le bucket brigades possono essere adattate con successo a linee di assemblaggio multi-operatore, fornendo linee guida basate su evidenze empiriche per il loro impiego in contesti di assemblaggio automotive di fascia alta.