Attribute Identification and Predictive Customisation Using Fuzzy Clustering and Genetic Search for Industry 4.0 Environments

Today´s factory involves more services and customisation. A paradigm shift is towards “Industry 4.0” (i4) aiming at realising mass customisation at a mass production cost. However, there is a lack of tools for customer informatics. This paper addresses this issue and develops a predictive analytics framework integrating big data analysis and business informatics, using Computational Intelligence (CI). In particular, a fuzzy c-means is used for pattern recognition, as well as managing relevant big data for feeding potential customer needs and wants for improved productivity at the design stage for customised mass production. The selection of patterns from big data is performed using a genetic algorithm with fuzzy c-means, which helps with clustering and selection of optimal attributes. The case study shows that fuzzy c-means are able to assign new clusters with growing knowledge of customer needs and wants. The dataset has three types of entities: specification of various characteristics, assigned insurance risk rating, and normalised losses in use compared with other cars. The fuzzy c-means tool offers a number of features suitable for smart designs for an i4 environment

Survey on Additive Manufacturing, Cloud 3D Printing and Services

Cloud Manufacturing (CM) is the concept of using manufacturing resources in a service oriented way over the Internet. Recent developments in Additive Manufacturing (AM) are making it possible to utilise resources ad-hoc as replacement for traditional manufacturing resources in case of spontaneous problems in the established manufacturing processes. In order to be of use in these scenarios the AM resources must adhere to a strict principle of transparency and service composition in adherence to the Cloud Computing (CC) paradigm. With this review we provide an overview over CM, AM and relevant domains as well as present the historical development of scientific research in these fields, starting from 2002. Part of this work is also a meta-review on the domain to further detail its development and structure

Lean manual assembly 4.0: A systematic review

In a demand context of mass customization, shifting towards the mass personalization of products, assembly operations face the trade-off between highly productive automated systems and flexible manual operators. Novel digital technologies—conceptualized as Industry 4.0—suggest the possibility of simultaneously achieving superior productivity and flexibility. This article aims to address how Industry 4.0 technologies could improve the productivity, flexibility and quality of assembly operations. A systematic literature review was carried out, including 234 peer-reviewed articles from 2010–2020. As a result, the analysis was structured addressing four sets of research questions regarding (1) assembly for mass customization; (2) Industry 4.0 and performance evaluation; (3) Lean production as a starting point for smart factories, and (4) the implications of Industry 4.0 for people in assembly operations. It was found that mass customization brings great complexity that needs to be addressed at different levels from a holistic point of view; that Industry 4.0 offers powerful tools to achieve superior productivity and flexibility in assembly; that Lean is a great starting point for implementing such changes; and that people need to be considered central to Assembly 4.0. Developing methodologies for implementing Industry 4.0 to achieve specific business goals remains an open research topic

Design and Planning of Manufacturing Networks for Mass Customisation and Personalisation: Challenges and Outlook

AbstractManufacturers and service providers are called to design, plan and operate globalized manufacturing networks, addressing to challenges such as ever-decreasing lifecycles and increased product complexity. These factors, caused primarily by mass customisation and demand volatility, generate a number of issues related to the design and planning of manufacturing systems and networks, which are not holistically tackled in industrial and academic practices. The mapping of production performance requirements to process and production planning requires automated closed-loop control systems, which current systems fail to deliver. Technology-based business approaches are an enabler for increased enterprise performance. Towards that end, the issues discussed in this paper focus on challenges in the design and planning of manufacturing networks in a mass customization and personalization landscape. The development of methods and tools for supporting the dynamic configuration and optimal routing of manufacturing networks and facilities under cost, time, complexity and environmental constraints to support product-service personalization are promoted

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 /

A service-oriented approach to embedded component-based manufacturing automation

This thesis is focused on the application of Component-Based (CB) technology to shop oor devices using a Service Oriented Architecture (SOA) and Web Services (WS) for the purpose of realising future generation agile manufacturing systems. The environment of manufacturing enterprises is now characterised by frequently changing market demands, time-to-market pressure, continuously emerging new technologies and global competition. Under these circumstances, manufacturing systems need to be agile and automation systems need to support this agility. More speci cally, an open, exible automation environment with plug and play connectivity is needed. Technically, this requires the easy connectivity of hardware devices and software components from di erent vendors. Functionally, there is a need of interoperability and integration of control functions on di erent hierarchical levels ranging from eld level to various higher level applications such as process control and operations management services. [Continues.