Mathematics in the Supply Chain

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A Digital Twin Framework for Production Planning Optimization: Applications for Make-To-Order Manufacturers

In this dissertation, we develop a Digital Twin framework for manufacturing systems and apply it to various production planning and scheduling problems faced by Make-To-Order (MTO) firms. While this framework can be used to digitally represent a particular manufacturing environment with high fidelity, our focus is in using it to generate realistic settings to test production planning and scheduling algorithms in practice. These algorithms have traditionally been tested by either translating a practical situation into the necessary modeling constructs, without discussion of the assumptions and inaccuracies underlying this translation, or by generating random instances of the modeling constructs, without assessing the limitations in accurately representing production environments. The consequence has been a serious gap between theory advancement and industry practice. The major goal of this dissertation is to develop a framework that allows for practical testing, evaluation, and implementation of new approaches for seamless industry adoption. We develop this framework as a modular software package and emphasize the practicality and configurability of the framework, such that minimal modelling effort is required to apply the framework to a multitude of optimization problems and manufacturing systems. Throughout this dissertation, we emphasize the importance of the underlying scheduling problems which provide the basis for additional operational decision making. We focus on the computational evaluation and comparisons of various modeling choices within the developed frameworks, with the objective of identifying models which are both effective and computationally efficient. In Part 1 of this dissertation, we consider a class of Production Planning and Execution problems faced by job shop manufacturing systems. In Part 2 of this dissertation, we consider a class of scheduling problems faced by manufacturers whose production system is dominated by a single operation

Production Scheduling

Generally speaking, scheduling is the procedure of mapping a set of tasks or jobs (studied objects) to a set of target resources efficiently. More specifically, as a part of a larger planning and scheduling process, production scheduling is essential for the proper functioning of a manufacturing enterprise. This book presents ten chapters divided into five sections. Section 1 discusses rescheduling strategies, policies, and methods for production scheduling. Section 2 presents two chapters about flow shop scheduling. Section 3 describes heuristic and metaheuristic methods for treating the scheduling problem in an efficient manner. In addition, two test cases are presented in Section 4. The first uses simulation, while the second shows a real implementation of a production scheduling system. Finally, Section 5 presents some modeling strategies for building production scheduling systems. This book will be of interest to those working in the decision-making branches of production, in various operational research areas, as well as computational methods design. People from a diverse background ranging from academia and research to those working in industry, can take advantage of this volume

Evaluation et gestion de la flexibilité dans les chaînes logistiques : nouveau cadre général et applications

This thesis focuses on flexibility issues in supply chain. These issues are becoming more and more important for firms because of the increasingly changing business environment and customer behaviors. Although some of these issues have been tackled in academic research in recent years, but studies have mainly concentrated in conceptual levels and there is little consensus even on the definition of flexibility. This thesis aims at defining a new framework for the supply chain flexibility, proposing quantitative measures of the flexibility and optimizing the use of flexibility, especially in an integrated production and transportation planning context. The new framework of supply chain flexibility is based on classification of different flexibility aspects in a supply chain into three main categories - manufacturing flexibility,logistic chain flexibility and system flexibility. These flexibility types are further distinguished into major flexibility dimension and other flexibility dimension.In order to measure supply chain flexibility from a quantitative point of view, Mechanical Analogy method is particularly discussed. A procedure is established to enlarge and carry out this method in supply chain, provided with a case study to evaluate the flexibility of Louis Vuitton stores.One of the most important issues is to optimally make use of the available flexibility. We investigate an Integrated Production and Transportation Planning problem with given flexibility tolerances, where the production and transportation activities are intimately linked to each other and must be scheduled in a synchronized way. Particularly, heterogeneous vehicles are taken into account. Two mixed integer linear programming models are constructed.Three algorithms are developed and compared with linear relaxation bounds for large sized real life instances and with optimal solutions for small sized instances. These comparisons show the effectiveness of our heuristics in solving real life problemsCette thèse étudie la problématique de la flexibilité dans les chaînes logistiques. La recherche académique a commencé à s’intéresser à cette problématique depuis quelques années, mais les études existantes restent pour la plupart au niveau conceptuel et il y a peu de consensus sur la définition même de la flexibilité. Cette thèse a pour ambition de définir un nouveau cadre pour la flexibilité dans les chaînes logistiques, proposer des mesures quantitatives pour la flexibilité et enfin optimiser l’utilisation de la flexibilité, en particulier dans un contexte de planification intégrée de la production et du transport.Ce travail de thèse vise tout d’abord à établir un nouveau cadre pour la flexibilité de la chaîne logistique, où les différents aspects de la flexibilité sont classifiés en trois catégories principales: flexibilité de la production, flexibilité de la chaîne logistique et flexibilité du système. Dans chacune de ces catégories, on peut trouver des dimensions primordiales et des dimensions moins importantes.Afin d’évaluer la flexibilité de manière quantitative, nous faisons appel à la méthode Analogie Mécanique. Cette méthode propose une analogie entre un système mécanique vibratoire et une chaîne logistique. Dans ce contexte, nous avons développé une étude de cas pour Louis Vuitton afin d’évaluer la flexibilité de leurs magasins, et nous avons établi une procédure pour implémenter cette méthode.Une autre problématique importante est l’utilisation optimale de la flexibilité existante.Nous nous sommes particulièrement intéressés à la planification intégrée de la production et du transport avec des flexibilités sur la capacité de transport, où la production et le transport sont intimement liés du fait du manque de capacité de stockage et doivent être planifiées conjointement. Particulièrement, les véhicules hétérogènes sont pris en compte.Nous avons construit deux modèles de programmation linéaire en nombres mixtes et développé trois algorithmes qui ont été comparées par rapport à la relaxation linéaire pour les instances de grande taille et aux solutions optimales pour des instances de petite taille. Ces comparaisons montrent que les heuristiques proposées sont efficaces pour résoudre des problèmes réels, aussi bien en termes de qualité de solution qu’en termes de temps de calcul

Design of a Period Batch Control planning system for cellular manufacturing

Thesis 1 Introduction 2 Relationships between cells 3 Period Batch Control 4 Design factors for basic unicycle PBC systems 5 Models and methods for determining a period length P 6 Modelling the trade-off between N and P 7 Determining a configuration of the PBC system 8 Co- ordination between cells and PBC system design 9 Conclusions and further research Appendices: Short case descriptionsProduction planning Operations management

MRP IV: Planificación de requerimientos de materiales cuarta generación. Integración de la planificación de la producción y del transporte de aprovisionamiento

Tesis por compendioEl sistema de planificación de requerimientos de materiales o MRP (Material Requirement Planning), desarrollado por Orlicky en 1975, sigue siendo en nuestros días y, a pesar de sus deficiencias identificadas, el sistema de planificación de la producción más utilizado por las empresas industriales. Las evoluciones del MRP se vieron reflejadas en el sistema MRPII (Manufacturing Resource Planning), que considera restricciones de capacidad productiva, MRPIII (Money Resource Planning), que introduce la función de finanzas; y la evolución comercial del mismo en el ERP (Enterprise Resource Planning), que incorpora modularmente todas las funciones de la empresa en un único sistema de decisión, cuyo núcleo central es el MRP. Los desarrollos posteriores de los sistemas ERP han incorporado las nuevas tecnologías de la información y comunicaciones. Asimismo, éstos se han adaptado al contexto económico actual caracterizado por la globalización de los negocios y la deslocalización de los proveedores desarrollando otras funciones como la gestión de la cadena de suministro o del transporte, entre otros. Por otro lado, existen muchos trabajos en la literatura académica que han intentado resolver algunas de las debilidades del MRP tales como la optimización de los resultados, la consideración de la incertidumbre en determinados parámetros, el inflado de los tiempos de entrega, etc. Sin embargo, tanto en el ámbito comercial como en el científico, el MRP y sus variantes se centran en el requerimiento de los materiales y en la planificación de las capacidades de producción, lo que es su desventaja principal en aquellas cadenas de suministro donde existe una gran deslocalización de los proveedores de materias primas y componentes. En estos entornos, la planificación del transporte adquiere un protagonismo fundamental, puesto que los elevados costes y las restricciones logísticas suelen hacer subóptimos e incluso infactibles los planes de producción propuestos, siendo la re-planificación manual una práctica habitual en las empresas. Esta tesis doctoral propone un modelo denominado MRPIV, que considera de forma integrada las decisiones de la planificación de materiales, capacidades de recursos de producción y el transporte, con las restricciones propias de este último, tales como diferentes modos de recogida (milk-run, camión completo, rutas) en la cadena de suministro con el objetivo de evitar la suboptimización de estos planes que en la actualidad se generan usualmente de forma secuencial e independiente. El modelo propuesto se ha validado en una cadena de suministro del sector del automóvil confirmando la reducción de costes totales y una planificación más eficiente del transporte de los camiones necesarios para efectuar el aprovisionamiento.Díaz-Madroñero Boluda, FM. (2015). MRP IV: Planificación de requerimientos de materiales cuarta generación. Integración de la planificación de la producción y del transporte de aprovisionamiento [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48524TESISCompendi