Evaluation of Material Shortage Effect on Assembly Systems Considering Flexibility Levels

The global pandemic caused delays in global supply chains, and numerous manufacturing companies are experiencing a lack of materials and components. This material shortage affects assembly systems at various levels: process level (decreasing of the resource efficiency), system level (blocking or s tarvation of production entities), and company level (breaking the deadlines for the supplying of the products to customers or retailers). Flexible assembly systems allow dynamic reactions in such uncertain environments. However, online scheduling algorithms of current research are not considering reactions to material shortages. In the present research, we aim to evaluate the influence of material shortage on the assembly system performance. The paper presents a discrete event simulation of an assembly system. The system architecture, its behavior, the resources, their capacities, and product specific operations are included. The material shortage effect on the assembly system is compensated utilizing different system flexibility levels, characterized by operational and routing flexibility. An online control algorithm determines optimal production operation under material shortage uncertain conditions. With industrial data, different simulation scenarios evaluate the benefits of assembly systems with varying flexibility levels. Consideration of flexibility levels might facilitate exploration of the optimal flexibility level with the lowest production makespan that influence further supply chain, as makespan minimization cause reducing of delays for following supply chain entities

Applying the big bang-big crunch metaheuristic to large-sized operational problems

In this study, we present an investigation of comparing the capability of a big bang-big crunch metaheuristic (BBBC) for managing operational problems including combinatorial optimization problems. The BBBC is a product of the evolution theory of the universe in physics and astronomy. Two main phases of BBBC are the big bang and the big crunch. The big bang phase involves the creation of a population of random initial solutions, while in the big crunch phase these solutions are shrunk into one elite solution exhibited by a mass center. This study looks into the BBBC’s effectiveness in assignment and scheduling problems. Where it was enhanced by incorporating an elite pool of diverse and high quality solutions; a simple descent heuristic as a local search method; implicit recombination; Euclidean distance; dynamic population size; and elitism strategies. Those strategies provide a balanced search of diverse and good quality population. The investigation is conducted by comparing the proposed BBBC with similar metaheuristics. The BBBC is tested on three different classes of combinatorial optimization problems; namely, quadratic assignment, bin packing, and job shop scheduling problems. Where the incorporated strategies have a greater impact on the BBBC's performance. Experiments showed that the BBBC maintains a good balance between diversity and quality which produces high-quality solutions, and outperforms other identical metaheuristics (e.g. swarm intelligence and evolutionary algorithms) reported in the literature

Sistema de apoio à decisão para o escalonamento de viaturas numa oficina de reparação automóvel

Existem cerca de 1,4 biliões de viaturas em circulação mundialmente e, um dos fatores indispensáveis para que isso seja possível é a manutenção e reparação das mesmas. Estas garantem que a vida útil da viatura seja maximizada. As principais responsáveis para que esse serviço seja realizado de forma adequada são as oficinas automóveis. De forma às oficinas manterem os seus níveis de eficiência elevados e cumprirem com as datas de entrega estipuladas devem ter um bom sistema de escalonamento. O escalonamento de uma oficina automóvel é uma tarefa bastante complexa devido à quantidade de variáveis e dimensão que esta pode tomar. Sendo que usualmente esta tarefa recai em apenas numa pessoa, geralmente, o chefe de oficina, este necessita do máximo de ferramentas para apoio á decisão na construção do mesmo. Ao longo deste trabalho foi desenvolvido e testado um sistema de apoio à decisão que teve por base o modelo matemático apresentado por Özgüven et al., (2010). Esse sistema tem a capacidade de fornecer uma solução que aloca todas as tarefas a um operador e um posto de trabalho perante as condições inseridas. O sistema consegue ainda criar cronogramas com o planeamento dos operadores e dos postos de trabalho. O sistema foi testado com dados reais tendo sido capaz não só de criar planeamentos e cronogramas para os recursos humanos e físicos em questão, como também foi possível analisar que os recursos humanos são os recursos limitantes da empresa em questão.There are about 1.4 billion vehicles in circulation worldwide and one of the essential factors for this to be possible is their maintenance and repair. These ensure that the life of the vehicle is maximized. The main responsible for this service to be carried out properly are the car repair shops. For auto repair shops to maintain their high efficiency levels and meet the stipulated delivery dates, they must have a good scheduling system. Scheduling a car repair shop is a very complex task due to the number of variables and size it can take. As this task usually falls to only one person, usually the head of the workshop, he needs the maximum number of tools to support the decision in the construction of the schedule. Throughout this work, a decision support system was developed and tested based on the mathematical model presented by Özgüven et al., (2010). This system has the ability to provide a solution that allocates all the tasks to a technician and a workstation according to the conditions entered. The program also manages to create schedules with the planning of technicians and jobs. The system was tested with real data and was able not only to create plans and schedules for the human and physical resources in question, but it was also possible to analyze that human resources are the limiting resources of the company in question

Aproximações heurísticas para um problema de escalonamento do tipo flexible job-shop

Mestrado em Engenharia e Gestão IndustrialEste trabalho aborda um novo tipo de problema de escalonamento que pode ser encontrado em várias aplicações do mundo-real, principalmente na indústria transformadora. Em relação à configuração do shop floor, o problema pode ser classificado como flexible job-shop, onde os trabalhos podem ter diferentes rotas ao longo dos recursos e as suas operações têm um conjunto de recursos onde podem ser realizadas. Outras características de processamento abordadas são: datas possíveis de início, restrições de precedência (entre operações de um mesmo trabalho ou entre diferentes trabalhos), capacidade dos recursos (incluindo paragens, alterações na capacidade e capacidade infinita) e tempos de setup (que podem ser dependentes ou independentes da sequência). O objetivo é minimizar o número total de trabalhos atrasados. Para resolver o novo problema de escalonamento proposto um modelo de programação linear inteira mista é apresentado e novas abordagens heurísticas são propostas. Duas heurísticas construtivas, cinco heurísticas de melhoramento e duas metaheurísticas são propostas. As heurísticas construtivas são baseadas em regras de ordenação simples, onde as principais diferenças entre elas dizem respeito às regras de ordenação utilizadas e à forma de atribuir os recursos às operações. Os métodos são designados de job-by-job (JBJ), operation-by-operation (OBO) e resource-by-resource (RBR). Dentro das heurísticas de melhoramento, a reassign e a external exchange visam alterar a atribuição dos recursos, a internal exchange e a swap pretendem alterar a sequência de operações e a reinsert-reassign é focada em mudar, simultaneamente, ambas as partes. Algumas das heurísticas propostas são usadas em metaheurísticas, nomeadamente a greedy randomized adaptive search procedure (GRASP) e a iterated local search (ILS). Para avaliar estas abordagens, é proposto um novo conjunto de instâncias adaptadas de problemas de escalonamento gerais do tipo flexible job-shop. De todos os métodos, o que apresenta os melhores resultados é o ILS-OBO obtendo melhores valores médios de gaps em tempos médios inferiores a 3 minutos.This work addresses a new type of scheduling problem which can be found in several real-world applications, mostly in manufacturing. Regarding shop floor configuration, the problem can be classified as flexible job-shop, where jobs can have different routes passing through resources and their operations have a set of eligible resources in which they can be performed. The processing characteristics addressed are release dates, precedence constraints (either between operations of the same job or between different jobs), resources capacity (including downtimes, changes in capacity, and infinite capacity), and setup times, which can be sequence-dependent or sequence-independent. The objective is to minimise the total number of tardy jobs. To tackle the newly proposed flexible job-shop scheduling problem (FJSP), a mixed integer linear programming model (MILP) is presented and new heuristic approaches are put forward. Three constructive heuristics, five improvement heuristics, and two metaheuristics are proposed. The constructive heuristics are based on simple dispatching rules, where the main differences among them concern the used dispatching rules and the way resources are assigned. The methods are named job-by-job (JBJ), operation-by-operation (OBO) and resource-by-resource (RBR). Within improvement heuristics, reassign and external exchange aim to change the resources assignment, internal exchange and swap intend changing the operations sequence, and reinsert-reassign is focused in simultaneously changing both parts. Some of the proposed heuristics are used within metaheuristic frameworks, namely greedy randomized adaptive search procedure (GRASP) and iterative local search (ILS). In order to evaluate these approaches, a new set of benchmark instances adapted from the general FJSP is proposed. Out of all methods, the one which shows the best average results is ILS-OBO obtaining the best average gap values in average times lower than 3 minutes

Contribution for the Study of the Integration of Inductive Superconducting Fault Current Limiters in Electrical Distribution Grids

A wider adoption of distributed generation sources and an increased interconnection of networks tend to increase the complexity of electric power grids, thus causing a surge in failures, especially short-circuits. The conventional solution against short-circuit currents, for example, the construction of new substations, splitting of busbars, even updating the technology of the existing current limiters may prove either economically or technically unfeasible. Fault current limiters, mainly the superconducting fault current limiters, have already demonstrated their viability in electric power grids. Fault current limiter devices at normal operation are invisible to the grid, acting almost instantly upon a fault, returning to their normal state upon its correction. To disseminate these technologies, the development of straightforward design tools is required. These tools must consider the properties of the available constitutive elements of the devices. Behind these design tools, the integrity of the fault current limiter should be assured during its operation. Problems regarding the electrodynamic forces developed under short-circuit events must be properly characterized because they can damage windings, causing device breakage and affecting the power grid. In this thesis, a design methodology that intends to model and optimise saturated cores superconducting fault current limiters is presented. This methodology considers the characteristics of each constitutive element of the limiter while addressing utility requirements and power grid characteristics. Genetic algorithms are used both to optimise the constitutive elements of the limiter and its performance in the power grid. In order to validate the present methodology, a three-phase superconducting fault current limiter is designed/optimised, built and tested. The electrodynamic forces analysis developed in superconducting tapes of an inductive transformer type superconducting fault current limiter, under short-circuit conditions is performed.A crescente adoção de fontes de geração distribuída e o aumento das ligações internas entre redes de energia levou ao aumento da complexidade das redes elétricas, causando um provável aumento do número de falhas, especialmente os curto-circuitos. Soluções convencionais para lidar com curto-circuitos, como por exemplo, a construção de novas subestações, a divisão dos barramentos, ou a atualização tecnológica dos limitadores de corrente existentes, podem se mostrar muito dispendiosas ou tecnicamente inviável. Os limitadores de corrente de defeito, principalmente os dispositivos supercondutores, têm vindo a demostrar a sua viabilidade em redes de energia elétrica. Estes dispositivos são considerados invisíveis para a rede, quando em operação normal. Quando uma falha na rede ocorre, estes agem instantaneamente, retornando ao seu estado normal após a falha terminar. De modo a disseminar estas tecnologias, é necessário o desenvolvimento de ferramentas de projeto e modelação, de fácil uso. Essas ferramentas devem considerar as propriedades dos elementos que constituem os dispositivos de proteção. Por detrás dessas ferramentas de projeto, a integridade do limitador deve ser assegurada durante todo o seu funcionamento. Problemas relacionados com forças eletrodinâmicas desenvolvidas sob eventos de curto-circuito devem ser devidamente caracterizados, pois podem danificar os enrolamentos, e por sua vez o equipamento e afetar a rede elétrica. Nesta tese, é apresentada uma metodologia de projeto, que visa modelar e otimizar limitadores de corrente de defeito supercondutores, do tipo núcleos saturados. Esta metodologia considera as características de cada elemento constitutivo do limitador enquanto aborda os requisitos da concessionária da rede de distribuição de energia e as características da rede elétrica. Algoritmos genéticos são usados para otimizar os o limitador e o seu desempenho na rede elétrica. A fim de validar a metodologia atual, um limitador trifásico é projetado/otimizado, construído e ensaiado. É ainda realizada a análise das forças eletrodinâmicas desenvolvidas em fitas supercondutoras de um limitador de corrente de defeito, do tipo transformador, em condições de curto-circuito