Multi-objective discrete particle swarm optimisation algorithm for integrated assembly sequence planning and assembly line balancing

In assembly optimisation, assembly sequence planning and assembly line balancing have been extensively studied because both activities are directly linked with assembly efficiency that influences the final assembly costs. Both activities are categorised as NP-hard and usually performed separately. Assembly sequence planning and assembly line balancing optimisation presents a good opportunity to be integrated, considering the benefits such as larger search space that leads to better solution quality, reduces error rate in planning and speeds up time-to-market for a product. In order to optimise an integrated assembly sequence planning and assembly line balancing, this work proposes a multi-objective discrete particle swarm optimisation algorithm that used discrete procedures to update its position and velocity in finding Pareto optimal solution. A computational experiment with 51 test problems at different difficulty levels was used to test the multi-objective discrete particle swarm optimisation performance compared with the existing algorithms. A statistical test of the algorithm performance indicates that the proposed multi-objective discrete particle swarm optimisation algorithm presents significant improvement in terms of the quality of the solution set towards the Pareto optimal set

Extended classification for flowshops with resequencing

Este trabajo presenta una clasificación extendida de líneas de flujo no-permutación. Se consideran las múltiples opciones que se presentan al incluir la posibilidad de resecuenciar piezas en la línea. Se ha visto que en la literatura actual no se ha clasificado con profundidad este tipo de producción. Abstract This paper presents an extended cassification for non-permutation flowshops. The versatile options which occur with the possibility of resequencing jobs within the line are considered. The literature review shows that no classification exists which considers extensively this type of flowshop

Balancing and Sequencing of Mixed Model Assembly Lines

Assembly lines are cost efficient production systems that mass produce identical products. Due to customer demand, manufacturers use mixed model assembly lines to produce customized products that are not identical. To stay efficient, management decisions for the line such as number of workers and assembly task assignment to stations need to be optimized to increase throughput and decrease cost. In each station, the work to be done depends on the exact product configuration, and is not consistent across all products. In this dissertation, a mixed model line balancing integer program (IP) that considers parallel workers, zoning, task assignment, and ergonomic constraints with the objective of minimizing the number of workers is proposed. Upon observing the limitation of the IP, a Constraint Programming (CP) model that is based on CPLEX CP Optimizer is developed to solve larger assembly line balancing problems. Data from an automotive OEM are used to assess the performance of both the MIP and CP models. Using the OEM data, we show that the CP model outperforms the IP model for bigger problems. A sensitivity analysis is done to assess the cost of enforcing some of the constraint on the computation complexity and the amount of violations to these constraints once they are disabled. Results show that some of the constraints are helpful in reducing the computation time. Specifically, the assignment constraints in which decision variables are fixed or bounded result in a smaller search space. Finally, since the line balance for mixed model is based on task duration averages, we propose a mixed model sequencing model that minimize the number of overload situation that might occur due to variability in tasks times by providing an optimal production sequence. We consider the skip-policy to manage overload situations and allow interactions between stations via workers swimming. An IP model formulation is proposed and a GRASP solution heuristic is developed to solve the problem. Data from the literature are used to assess the performance of the developed heuristic and to show the benefit of swimming in reducing work overload situations

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

Models and Algorithms for the Optimisation of Replenishment, Production and Distribution Plans in Industrial Enterprises

Tesis por compendio[ES] La optimización en las empresas manufactureras es especialmente importante, debido a las grandes inversiones que realizan, ya que a veces estas inversiones no obtienen el rendimiento esperado porque los márgenes de beneficio de los productos son muy ajustados. Por ello, las empresas tratan de maximizar el uso de los recursos productivos y financieros minimizando el tiempo perdido y, al mismo tiempo, mejorando los flujos de los procesos y satisfaciendo las necesidades del mercado. El proceso de planificación es una actividad crítica para las empresas. Esta tarea implica grandes retos debido a los cambios del mercado, las alteraciones en los procesos de producción dentro de la empresa y en la cadena de suministro, y los cambios en la legislación, entre otros. La planificación del aprovisionamiento, la producción y la distribución desempeña un papel fundamental en el rendimiento de las empresas manufactureras, ya que una planificación ineficaz de los proveedores, los procesos de producción y los sistemas de distribución contribuye a aumentar los costes de los productos, a alargar los plazos de entrega y a reducir los beneficios. La planificación eficaz es un proceso complejo que abarca una amplia gama de actividades para garantizar que los equipos, los materiales y los recursos humanos estén disponibles en el momento y el lugar adecuados. Motivados por la complejidad de la planificación en las empresas manufactureras, esta tesis estudia y desarrolla herramientas cuantitativas para ayudar a los planificadores en los procesos de la planificación del aprovisionamiento, producción y distribución. Desde esta perspectiva, se proponen modelos realistas y métodos eficientes para apoyar la toma de decisiones en las empresas industriales, principalmente en las pequeñas y medianas empresas (PYMES). Las aportaciones de esta tesis suponen un avance científico basado en una exhaustiva revisión bibliográfica sobre la planificación del aprovisionamiento, la producción y la distribución que ayuda a comprender los principales modelos y algoritmos utilizados para resolver estos planes, y pone en relieve las tendencias y las futuras direcciones de investigación. También proporciona un marco holístico para caracterizar los modelos y algoritmos centrándose en la planificación de la producción, la programación y la secuenciación. Esta tesis también propone una herramienta de apoyo a la decisión para seleccionar un algoritmo o método de solución para resolver problemas concretos de la planificación del aprovisionamiento, producción y distribución en función de su complejidad, lo que permite a los planificadores no duplicar esfuerzos de modelización o programación de técnicas de solución. Por último, se desarrollan nuevos modelos matemáticos y enfoques de solución de última generación, como los algoritmos matheurísticos, que combinan la programación matemática y las técnicas metaheurísticas. Los nuevos modelos y algoritmos comprenden mejoras en términos de rendimiento computacional, e incluyen características realistas de los problemas del mundo real a los que se enfrentan las empresas de fabricación. Los modelos matemáticos han sido validados con un caso de una importante empresa del sector de la automoción en España, lo que ha permitido evaluar la relevancia práctica de estos novedosos modelos utilizando instancias de gran tamaño, similares a las existentes en la empresa objeto de estudio. Además, los algoritmos matheurísticos han sido probados utilizando herramientas libres y de código abierto. Esto también contribuye a la práctica de la investigación operativa, y proporciona una visión de cómo desplegar estos métodos de solución y el tiempo de cálculo y rendimiento de la brecha que se puede obtener mediante el uso de software libre o de código abierto.[CA] L'optimització a les empreses manufactureres és especialment important, a causa de les grans inversions que realitzen, ja que de vegades aquestes inversions no obtenen el rendiment esperat perquè els marges de benefici dels productes són molt ajustats. Per això, les empreses intenten maximitzar l'ús dels recursos productius i financers minimitzant el temps perdut i, alhora, millorant els fluxos dels processos i satisfent les necessitats del mercat. El procés de planificació és una activitat crítica per a les empreses. Aquesta tasca implica grans reptes a causa dels canvis del mercat, les alteracions en els processos de producció dins de l'empresa i la cadena de subministrament, i els canvis en la legislació, entre altres. La planificació de l'aprovisionament, la producció i la distribució té un paper fonamental en el rendiment de les empreses manufactureres, ja que una planificació ineficaç dels proveïdors, els processos de producció i els sistemes de distribució contribueix a augmentar els costos dels productes, allargar els terminis de lliurament i reduir els beneficis. La planificació eficaç és un procés complex que abasta una àmplia gamma d'activitats per garantir que els equips, els materials i els recursos humans estiguen disponibles al moment i al lloc adequats. Motivats per la complexitat de la planificació a les empreses manufactureres, aquesta tesi estudia i desenvolupa eines quantitatives per ajudar als planificadors en els processos de la planificació de l'aprovisionament, producció i distribució. Des d'aquesta perspectiva, es proposen models realistes i mètodes eficients per donar suport a la presa de decisions a les empreses industrials, principalment a les petites i mitjanes empreses (PIMES). Les aportacions d'aquesta tesi suposen un avenç científic basat en una exhaustiva revisió bibliogràfica sobre la planificació de l'aprovisionament, la producció i la distribució que ajuda a comprendre els principals models i algorismes utilitzats per resoldre aquests plans, i posa de relleu les tendències i les futures direccions de recerca. També proporciona un marc holístic per caracteritzar els models i algorismes centrant-se en la planificació de la producció, la programació i la seqüenciació. Aquesta tesi també proposa una eina de suport a la decisió per seleccionar un algorisme o mètode de solució per resoldre problemes concrets de la planificació de l'aprovisionament, producció i distribució en funció de la seua complexitat, cosa que permet als planificadors no duplicar esforços de modelització o programació de tècniques de solució. Finalment, es desenvolupen nous models matemàtics i enfocaments de solució d'última generació, com ara els algoritmes matheurístics, que combinen la programació matemàtica i les tècniques metaheurístiques. Els nous models i algoritmes comprenen millores en termes de rendiment computacional, i inclouen característiques realistes dels problemes del món real a què s'enfronten les empreses de fabricació. Els models matemàtics han estat validats amb un cas d'una important empresa del sector de l'automoció a Espanya, cosa que ha permés avaluar la rellevància pràctica d'aquests nous models utilitzant instàncies grans, similars a les existents a l'empresa objecte d'estudi. A més, els algorismes matheurístics han estat provats utilitzant eines lliures i de codi obert. Això també contribueix a la pràctica de la investigació operativa, i proporciona una visió de com desplegar aquests mètodes de solució i el temps de càlcul i rendiment de la bretxa que es pot obtindre mitjançant l'ús de programari lliure o de codi obert.[EN] Optimisation in manufacturing companies is especially important, due to the large investments they make, as sometimes these investments do not obtain the expected return because the profit margins of products are very tight. Therefore, companies seek to maximise the use of productive and financial resources by minimising lost time and, at the same time, improving process flows while meeting market needs. The planning process is a critical activity for companies. This task involves great challenges due to market changes, alterations in production processes within the company and in the supply chain, and changes in legislation, among others. Planning of replenishment, production and distribution plays a critical role in the performance of manufacturing companies because ineffective planning of suppliers, production processes and distribution systems contributes to higher product costs, longer lead times and less profits. Effective planning is a complex process that encompasses a wide range of activities to ensure that equipment, materials and human resources are available in the right time and the right place. Motivated by the complexity of planning in manufacturing companies, this thesis studies and develops quantitative tools to help planners in the replenishment, production and delivery planning processes. From this perspective, realistic models and efficient methods are proposed to support decision making in industrial companies, mainly in small- and medium-sized enterprises (SMEs). The contributions of this thesis represent a scientific breakthrough based on a comprehensive literature review about replenishment, production and distribution planning that helps to understand the main models and algorithms used to solve these plans, and highlights trends and future research directions. It also provides a holistic framework to characterise models and algorithms by focusing on production planning, scheduling and sequencing. This thesis also proposes a decision support tool for selecting an algorithm or solution method to solve concrete replenishment, production and distribution planning problems according to their complexity, which allows planners to not duplicate efforts modelling or programming solution techniques. Finally, new state-of-the-art mathematical models and solution approaches are developed, such as matheuristic algorithms, which combine mathematical programming and metaheuristic techniques. The new models and algorithms comprise improvements in computational performance terms, and include realistic features of real-world problems faced by manufacturing companies. The mathematical models have been validated with a case of an important company in the automotive sector in Spain, which allowed to evaluate the practical relevance of these novel models using large instances, similarly to those existing in the company under study. In addition, the matheuristic algorithms have been tested using free and open-source tools. This also helps to contribute to the practice of operations research, and provides insight into how to deploy these solution methods and the computational time and gap performance that can be obtained by using free or open-source software.This work would not have been possible without the following funding sources: Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte, Generalitat Valenciana for hiring predoctoral research staff with Grant (ACIF/2018/170) and the European Social Fund with the Grant Operational Programme of FSE 2014-2020. Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte, Generalitat Valenciana for predoctoral contract students to stay in research centers outside the research centers outside the Valencian Community (BEFPI/2021/040) and the European Social Fund.Guzmán Ortiz, BE. (2022). Models and Algorithms for the Optimisation of Replenishment, Production and Distribution Plans in Industrial Enterprises [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187461Compendi

Mixed-model Sequencing with Reinsertion of Failed Vehicles: A Case Study for Automobile Industry

In the automotive industry, some vehicles, failed vehicles, cannot be produced according to the planned schedule due to some reasons such as material shortage, paint failure, etc. These vehicles are pulled out of the sequence, potentially resulting in an increased work overload. On the other hand, the reinsertion of failed vehicles is executed dynamically as suitable positions occur. In case such positions do not occur enough, either the vehicles waiting for reinsertion accumulate or reinsertions are made to worse positions by sacrificing production efficiency. This study proposes a bi-objective two-stage stochastic program and formulation improvements for a mixed-model sequencing problem with stochastic product failures and integrated reinsertion process. Moreover, an evolutionary optimization algorithm, a two-stage local search algorithm, and a hybrid approach are developed. Numerical experiments over a case study show that while the hybrid algorithm better explores the Pareto front representation, the local search algorithm provides more reliable solutions regarding work overload objective. Finally, the results of the dynamic reinsertion simulations show that we can decrease the work overload by ~20\% while significantly decreasing the waiting time of the failed vehicles by considering vehicle failures and integrating the reinsertion process into the mixed-model sequencing problem.Comment: 26 pages, 6 figures, 5 table