A survey of scheduling problems with setup times or costs

Author name used in this publication: C. T. NgAuthor name used in this publication: T. C. E. Cheng2007-2008 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalAccepted ManuscriptPublishe

A review of discrete-time optimization models for tactical production planning

This is an Accepted Manuscript of an article published in International Journal of Production Research on 27 Mar 2014, available online: http://doi.org/10.1080/00207543.2014.899721[EN] This study presents a review of optimization models for tactical production planning. The objective of this research is to identify streams and future research directions in this field based on the different classification criteria proposed. The major findings indicate that: (1) the most popular production-planning area is master production scheduling with a big-bucket time-type period; (2) most of the considered limited resources correspond to productive resources and, to a lesser extent, to inventory capacities; (3) the consideration of backlogs, set-up times, parallel machines, overtime capacities and network-type multisite configuration stand out in terms of extensions; (4) the most widely used modelling approach is linear/integer/mixed integer linear programming solved with exact algorithms, such as branch-and-bound, in commercial MIP solvers; (5) CPLEX, C and its variants and Lindo/Lingo are the most popular development tools among solvers, programming languages and modelling languages, respectively; (6) most works perform numerical experiments with random created instances, while a small number of works were validated by real-world data from industrial firms, of which the most popular are sawmills, wood and furniture, automobile and semiconductors and electronic devices.This study has been funded by the Universitat Politècnica de València projects: ‘Material Requirement Planning Fourth Generation (MRPIV)’ (Ref. PAID-05-12) and ‘Quantitative Models for the Design of Socially Responsible Supply Chains under Uncertainty Conditions. Application of Solution Strategies based on Hybrid Metaheuristics’ (PAID-06-12).Díaz-Madroñero Boluda, FM.; Mula, J.; Peidro Payá, D. (2014). A review of discrete-time optimization models for tactical production planning. International Journal of Production Research. 52(17):5171-5205. doi:10.1080/00207543.2014.899721S51715205521

Autonomous Finite Capacity Scheduling using Biological Control Principles

The vast majority of the research efforts in finite capacity scheduling over the past several years has focused on the generation of precise and almost exact measures for the working schedule presupposing complete information and a deterministic environment. During execution, however, production may be the subject of considerable variability, which may lead to frequent schedule interruptions. Production scheduling mechanisms are developed based on centralised control architecture in which all of the knowledge base and databases are modelled at the same location. This control architecture has difficulty in handling complex manufacturing systems that require knowledge and data at different locations. Adopting biological control principles refers to the process where a schedule is developed prior to the start of the processing after considering all the parameters involved at a resource involved and updated accordingly as the process executes. This research reviews the best practices in gene transcription and translation control methods and adopts these principles in the development of an autonomous finite capacity scheduling control logic aimed at reducing excessive use of manual input in planning tasks. With autonomous decision-making functionality, finite capacity scheduling will as much as practicably possible be able to respond autonomously to schedule disruptions by deployment of proactive scheduling procedures that may be used to revise or re-optimize the schedule when unexpected events occur. The novelty of this work is the ability of production resources to autonomously take decisions and the same way decisions are taken by autonomous entities in the process of gene transcription and translation. The idea has been implemented by the integration of simulation and modelling techniques with Taguchi analysis to investigate the contributions of finite capacity scheduling factors, and determination of the ‘what if’ scenarios encountered due to the existence of variability in production processes. The control logic adopts the induction rules as used in gene expression control mechanisms, studied in biological systems. Scheduling factors are identified to that effect and are investigated to find their effects on selected performance measurements for each resource in used. How they are used to deal with variability in the process is one major objective for this research as it is because of the variability that autonomous decision making becomes of interest. Although different scheduling techniques have been applied and are successful in production planning and control, the results obtained from the inclusion of the autonomous finite capacity scheduling control logic has proved that significant improvement can still be achieved

Productivity and flexibility improvement of assembly lines for high-mix low-volume production. A white goods industry case

Las tendencias globales de la personalización e individualización en masa impulsan la producción industrial en serie corta y variada; y por tanto una gran variedad de productos en pequeñas cantidades. Por ello, la customización en masa precisa de sistemas de ensamblaje que sean a la vez altamente productivos y flexibles, a diferencia de la tradicional oposición entre ambas características. La llamada cuarta revolución industrial trae diversas tecnologías habilitadoras que podrían ser útiles para abordar este problema. Sin embargo, las metodologías para implementar el ensamblaje 4.0 todavía no han sido resueltas. De hecho, para aprovechar todas las ventajas potenciales de la Industria 4.0, es necesario contar con un nivel previo de excelencia operacional y un análisis holístico de los sistemas productivos. Esta tesis tiene como objetivo entender y definir cómo mejorar la productividad y la flexibilidad de las operaciones de montaje en serie corta y variada.Esta meta se ha dividido en tres objetivos. El primer objetivo consiste en comprender las relaciones entre la Industria 4.0 y las operaciones de ensamblaje, así como sus implicaciones para los operarios. El segundo objetivo consiste en desarrollar una metodología y las herramientas necesarias para evaluar el rendimiento de diferentes configuraciones de cadenas de ensamblaje. El último objetivo consiste en el diseño de sistemas de ensamblaje que permitan incrementar su productividad al menos un 25 %, produciendo en serie corta y variada, mediante la combinación de puestos de montaje manual y estaciones automatizadas.Para abordar la fase de comprensión y definición del problema, se llevó a cabo una revisión bibliográfica sistemática y se desarrolló un marco conceptual para el Ensamblaje 4.0. Se desarrollaron, verificaron y validaron dos herramientas de evaluación del rendimiento: un modelo matemático analítico y varios modelos de simulación por eventos discretos. Para la verificación, y como punto de partida para los análisis, se ha utilizado un caso de estudio industrial de un fabricante global de electrodomésticos. Se han empleado múltiples escenarios de simulación y técnicas de diseño de experimentos para investigar tres cuestiones clave.En primer lugar, se identificaron los factores más críticos para el rendimiento de líneas de montaje manuales multi-modelo. En segundo lugar, se analizó el rendimiento de líneas de montaje semiautomáticas paralelas con operarios móviles en comparación con líneas semiautomáticas o manuales con operarios fijos, empleando diversos escenarios de demanda en serie corta y variada. Por último, se investigó el uso de trenes milkrun para la logística interna de líneas de ensamblaje multi-modelo bajo la influencia de perturbaciones.Los resultados de las simulaciones muestran que las líneas paralelas con operarios móviles pueden superar a las de operarios fijos en cualquier escenario de demanda, alcanzando como mínimo el objetivo de mejorar la productividad en un 25% o más. También permiten reducir cómodamente el número de operarios trabajando en la línea sin afectar negativamente al equilibrado de la misma, posibilitando la producción eficiente de bajo volumen. Los resultados de las simulaciones de logística interna indican que los milkrun pueden proteger las líneas de ensamblaje de las perturbaciones originadas en procesos aguas arriba.Futuras líneas de investigación en base a los resultados obtenidos en esta tesis podrían incluir la expansión e integración de los modelos de simulación actuales para analizar las cadenas de montaje paralelas con operarios móviles incorporando logística, averías y mantenimiento, problemas de control de calidad y políticas de gestión de los retrabajos. Otra línea podría ser el uso de diferentes herramienta para el análisis del desempeño como, por ejemplo, técnicas de programación de la producción que permitan evaluar el desempeño operacional de diferentes configuraciones de cadenas de montaje con operarios móviles, tanto en términos de automatización como de organización en planta. Podrían incorporarse tecnologías de la Industria 4.0 a los modelos de simulación para evaluar su impacto operacional global ¿como cobots para ensamblaje o para la manipulación de materiales, realidad aumentada para el apoyo cognitivo a los operarios, o AGVs para la conducciónde los trenes milkrun. Por último, el trabajo presentado en esta tesis acerca las líneas de ensamblaje semiautomáticas con operarios móviles a su implementación industrial.<br /

Smart Manufacturing

This book is a collection of 11 articles that are published in the corresponding Machines Special Issue “Smart Manufacturing”. It represents the quality, breadth and depth of the most updated study in smart manufacturing (SM); in particular, digital technologies are deployed to enhance system smartness by (1) empowering physical resources in production, (2) utilizing virtual and dynamic assets over the Internet to expand system capabilities, (3) supporting data-driven decision-making activities at various domains and levels of businesses, or (4) reconfiguring systems to adapt to changes and uncertainties. System smartness can be evaluated by one or a combination of performance metrics such as degree of automation, cost-effectiveness, leanness, robustness, flexibility, adaptability, sustainability, and resilience. This book features, firstly, the concepts digital triad (DT-II) and Internet of digital triad things (IoDTT), proposed to deal with the complexity, dynamics, and scalability of complex systems simultaneously. This book also features a comprehensive survey of the applications of digital technologies in space instruments; a systematic literature search method is used to investigate the impact of product design and innovation on the development of space instruments. In addition, the survey provides important information and critical considerations for using cutting edge digital technologies in designing and manufacturing space instruments

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

Genetic Algorithm for Solving the Integrated Production-Distribution-Direct Transportation Planning

This paper proposes a model of integrated production, distribution and transportation planning for 4-echelon supply chain system that consists of a manufacturer using a continuous production process, a distribution center, distributors and retailers. By means of time-dependent demand at all retailers and direct transportation from one echelon to its successive echelons, the purpose of this paper is to determine production/replenishment and transportation policies at manufacturer, distribution center, distributors and retailers in order to minimize annually total system cost. Due to the proposed model is classified as a mixed integer non-linear programming so it is almost impossible to solve the model using the exact optimization methods and a lot of time is needed when the enumeration methods is applied to solve only a small scale problem. In this paper, we apply the genetic algorithm for solving the model. Using integer encoding for constructing the chromosome, the best solution is going to be searched. Compared with enumeration method, the difference of the result is only 0.0594% with the consumption time is only 0.5609% time that enumeration methods need