Throughput and Yield Improvement for a Continuous Discrete-Product Manufacturing System

A seam-welded steel pipe manufacturing process has mainly four distinct major design and/or operational problems dealing with buffer inventory, cutting tools, pipe sizing and inspection-rework facility. The general objective of this research is to optimally solve these four important problems to improve the throughput and yield of the system at a minimum cost. The first problem of this research finds the optimal buffer capacity of steel strip coils to minimize the maintenance and downtime related costs. The total cost function for this coil feeding system is formulated as a constrained non-linear programming (NLP) problem which is solved with a search algorithm. The second problem aims at finding the optimal tool magazine reload timing, magazine size and the order quantity for the cutting tools. This tool magazine system is formulated as a mixed-integer NLP problem which is solved for minimizing the total cost. The third problem deals with different type of manufacturing defects. The profit function of this problem forms a binary integer NLP problem which involves multiple integrals with several exponential and discrete functions. An exhaustive search method is employed to find the optimum strategy for dealing with the defects and pipe sizing. The fourth problem pertains to the number of servers and floor space allocations for the off-line inspection-rework facility. The total cost function forms an integer NLP structure, which is minimized with a customized search algorithm. In order to judge the impact of the above-mentioned problems, an overall equipment effectiveness (OEE) measure, coined as monetary loss based regression (MLBR) method, is also developed as the fifth problem to assess the performance of the entire manufacturing system. Finally, a numerical simulation of the entire process is conducted to illustrate the applications of the optimum parameters setting and to evaluate the overall effectiveness of the simulated system. The successful improvement of the simulated system supports this research to be implemented in a real manufacturing setup. Different pathways shown here for improving the throughput and yield of industrial systems reflect not only to the improvement of methodologies and techniques but also to the advancement of new technology and national economy

Novas formulações de fluxo para problemas de otimização combinatória

Neste trabalho aborda-se o Problema de Minimização de Trocas de Ferramentas (PMTF) e o Problema do Caixeiro Viajante Multiproduto com Prioridades (PCVMP). O PMTF consiste em determinar um sequenciamento de tarefas, de tal modo que a quantidade de trocas de ferramentas entre as tarefas seja a menor possível. Cada tarefa requer um conjunto de ferramentas distinto, e supõe-se que cada um destes conjuntos não contenha mais ferramentas do que suporta a máquina. Já o PCVMP consiste em determinar uma rota de entrega de mercadorias considerando ao mesmo tempo, o cliente e o vendedor, ou seja, minimizando os custos totais do vendedor e maximizando as preferências dos clientes. Neste estudo tem-se como objetivo modelar, baseado em fluxo multicommodity, os problemas citados. Modelos matemáticos de otimização foram propostos assim como alguns resultados teóricos foram desenvolvidos. No caso do PMTF, o melhor modelo proposto foi comparado com os modelos existentes na literatura, mostrando um melhor desempenho tanto em quantidade de instâncias resolvidas na otimalidade, quanto no valor da relaxação linear e no tempo de execução. Mostrou-se que o valor da relaxação linear nos modelos propostos corresponde a diferença entre a quantidade de ferramentas e a capacidade da máquina. Algumas matheurísticas baseadas em busca por proximidade e um método exato enumerativo considerando eliminação de simetria foram propostos e comparados com os resultados da literatura. Já no caso do PCVMP, o modelo proposto se mostrou eficiente em resolver instâncias de pequeno e médio porte. Duas metaheurísticas, BRKGA e BRKGA adaptativo, ambas com busca local, também foram propostas para o PCVMP, apresentando bons resultados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES