A study of reconfigurable manufacturing systems with computer simulation
Date
2011-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Reconfigurable Manufacturing Systems (RMSs) have the ability to
reconfigure hardware and control resources at all of the functional and
organizational levels. This allows for quick adjustment of production
capacity and functionality in response to sudden changes in market
or in regulatory requirements.
This study evaluates the characteristics and operation of automated
reconfigurable assembly lines using discrete event simulation. The assembly
line uses a conveyor system which transports pallets to various
machines to perform the assembly process. Different conveyor configurations
are developed for the same assembly process using Simio
simulation software. A part family consisting of five variants are
assembled on the same assembly line with a large variation in the
production quantities for each product. This requires the assembly
system to be able to quickly adjust its functionality and capacity.
Multi-objective optimization is performed on the models through the
use of a Pareto exhaustive search experiment. The two contradicting
objectives used are the throughput rate of the system and the average
work in progress, with the aim of maximizing the former and minimizing
the latter. From the Pareto exhaustive search experiment, a
Pareto front is constructed showing which configuration is preferred
under certain operation conditions. However it is concluded that the
Pareto front can be tailored to fit the specific needs of the decision
maker, depending on what the decision maker is willing to pay.
An experiment that evaluates the effect of changing the conveyor
speed is performed. It is established that under certain operating
conditions, increasing the conveyor speed higher than the ceiling value
will not improve the performance of the system. A production scenario was also developed which include different order
sizes for each of the five parts of the part family. The configurations
have to alter their capacities based on the order sizes to test which
system performs the best under these operating conditions. For this
experiment, the ramp-up time was of interest but the best system was
chosen based on the combination of throughput rate and the average
work in progress.
From the results of the different experiments, it is recommended to
first determine the maximum capacity and the operating logic before
choosing one of the configurations. Once this is decided, the
information gathered from the experiments can then be tailored for
the decision maker to establish the best operating conditions for the
chosen con guration. The developed simulation models are used as a
Decision Support System for future research on the topic. It is recommended
for future research to focus on using Automated Guided Vehicles
(AGVs) instead of a conveyor system as transportation method.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Herkonfigureerbare Vervaardigingstelsels (HVSs) het die vermoee om alle hardeware en beheer hulpbronne, op alle funksionele en organisatoriese vlakke te herkonfigureer. Dit maak dit moontlik vir vinnige verstellings aan produksie kapasiteit en funksionaliteit, indien daar 'n skielike verandering in die mark of wetgewing is. Hierdie studie evalueer die karakteristieke en werking van outomatiese herkon gureerbare monteerlyne met behulp van diskrete gebeurtenis simulasie. Die monteerlyne gebruik vervoerbande om pallette na verskeie masjiene te vervoer, sodat die parte aanmekaar gesit kan word. Simio simulasie sagteware is gebruik om verskillende vervoerband kon gurasies vir dieselfde monteringsproses te ontwikkel. 'n Part familie van vyf variante word op dieselfde monteerlyn aanmekaargesit. Daar is 'n groot variasie in die produksie hoeveelhede van elk van die vyf variante, dus moet die monteerlyne vinnig die kapasiteit en funksionaliteit kan aanpas. Multi-doelwitoptimering is toegepas op die modelle deur 'n Pareto alomvattende soek eksperiment uit te voer. Die twee teenstrydige doelwitte wat gebruik is, is die deurset tempo van die stelsel asook die gemiddelde werk-in-proses. Die doel is om die deurset tempo te maksimeer en terselfde tyd die gemiddelde werk-in-proses te minimeer. Die Pareto alomvattende soek eksperiment word verder gebruik om 'n Pareto front te skep wat uitwys watter vervoerband kon gurasies verkies word onder sekere bedryfstoestande. Die Pareto front kan egter aangepas word om die spesi eke behoeftes van die besluitnemer te pas. 'n Eksperiment is uitgevoer om die uitwerking van die vervoerbandspoed op die stelsel te toets. Resultate het getoon dat onder sekere bedryfstoestande die werkverrigting van die stelsel nie verbeter indien die spoed 'n maksimum grenswaarde oorskry nie. 'n Eksperiment wat 'n produksie scenario voorstel is ontwikkel waarin die vraag na die vyf part variante gevarieer word. Die vervoerband konfigurasies moet dan die kapasiteit aanpas gebaseer op die vraag na die parte. Die doel van die eksperiment is om te toets watter kon gurasie die beste vaar onder hierdie bedryfstoestande. Die tyd wat dit neem vir die stelsel om weer op dreef te kom na 'n verandering in kapasiteit is ondersoek in hierdie eksperiment, maar die beste stelsel is nog steeds gekies gebaseer op die kombinasie van deurset tempo en die gemiddelde werk-in-proses. Gegewe die resultate van die verskillende eksperimente, word dit voorgestel dat die besluitnemer eers die maksimum kapasiteit en die bedryfstoestande vasstel, voordat 'n vervoerband kon gurasie gekies word. Sodra dit besluit is, kan die inligting wat tydens die eksperimente ingesamel is, aangepas word om die beste bedryfstoestande vir die kon gurasie wat gekies is, vas te stel. Die simulasie modelle wat ontwikkel is word gebruik as 'n besluitnemingsondersteuningstelsel vir toekomstige navorsing oor die onderwerp. Dit word voorgestel dat toekomstige navorsing die moontlikheid van geoutomatiseerde begeleide voertuie (GBV), in plaas van vervoerbande as vervoermiddel, ondersoek.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Herkonfigureerbare Vervaardigingstelsels (HVSs) het die vermoee om alle hardeware en beheer hulpbronne, op alle funksionele en organisatoriese vlakke te herkonfigureer. Dit maak dit moontlik vir vinnige verstellings aan produksie kapasiteit en funksionaliteit, indien daar 'n skielike verandering in die mark of wetgewing is. Hierdie studie evalueer die karakteristieke en werking van outomatiese herkon gureerbare monteerlyne met behulp van diskrete gebeurtenis simulasie. Die monteerlyne gebruik vervoerbande om pallette na verskeie masjiene te vervoer, sodat die parte aanmekaar gesit kan word. Simio simulasie sagteware is gebruik om verskillende vervoerband kon gurasies vir dieselfde monteringsproses te ontwikkel. 'n Part familie van vyf variante word op dieselfde monteerlyn aanmekaargesit. Daar is 'n groot variasie in die produksie hoeveelhede van elk van die vyf variante, dus moet die monteerlyne vinnig die kapasiteit en funksionaliteit kan aanpas. Multi-doelwitoptimering is toegepas op die modelle deur 'n Pareto alomvattende soek eksperiment uit te voer. Die twee teenstrydige doelwitte wat gebruik is, is die deurset tempo van die stelsel asook die gemiddelde werk-in-proses. Die doel is om die deurset tempo te maksimeer en terselfde tyd die gemiddelde werk-in-proses te minimeer. Die Pareto alomvattende soek eksperiment word verder gebruik om 'n Pareto front te skep wat uitwys watter vervoerband kon gurasies verkies word onder sekere bedryfstoestande. Die Pareto front kan egter aangepas word om die spesi eke behoeftes van die besluitnemer te pas. 'n Eksperiment is uitgevoer om die uitwerking van die vervoerbandspoed op die stelsel te toets. Resultate het getoon dat onder sekere bedryfstoestande die werkverrigting van die stelsel nie verbeter indien die spoed 'n maksimum grenswaarde oorskry nie. 'n Eksperiment wat 'n produksie scenario voorstel is ontwikkel waarin die vraag na die vyf part variante gevarieer word. Die vervoerband konfigurasies moet dan die kapasiteit aanpas gebaseer op die vraag na die parte. Die doel van die eksperiment is om te toets watter kon gurasie die beste vaar onder hierdie bedryfstoestande. Die tyd wat dit neem vir die stelsel om weer op dreef te kom na 'n verandering in kapasiteit is ondersoek in hierdie eksperiment, maar die beste stelsel is nog steeds gekies gebaseer op die kombinasie van deurset tempo en die gemiddelde werk-in-proses. Gegewe die resultate van die verskillende eksperimente, word dit voorgestel dat die besluitnemer eers die maksimum kapasiteit en die bedryfstoestande vasstel, voordat 'n vervoerband kon gurasie gekies word. Sodra dit besluit is, kan die inligting wat tydens die eksperimente ingesamel is, aangepas word om die beste bedryfstoestande vir die kon gurasie wat gekies is, vas te stel. Die simulasie modelle wat ontwikkel is word gebruik as 'n besluitnemingsondersteuningstelsel vir toekomstige navorsing oor die onderwerp. Dit word voorgestel dat toekomstige navorsing die moontlikheid van geoutomatiseerde begeleide voertuie (GBV), in plaas van vervoerbande as vervoermiddel, ondersoek.
Description
Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011.
Keywords
Reconfigurable manufacturing systems, Simulation, Multi-objective optimization, Pareto-front, Statistical output analysis, Simio simulation software, Dissertations -- Industrial engineering, Theses -- Industrial engineering