Objective of the present study is the development of methods for the assessment of manufacturing systems complexity and the investigation of flexibility and complexity relationship. Towards this target, a complete approach based on information theory permitting the analytical, quantitative and systematic modeling and quantification of both static and dynamic manufacturing complexity is proposed. Static complexity concerns the structure of the manufacturing systems, namely the products, the processes, the resources that constitute the systems as well as their interconnections. Static complexity is treated as the information that is required for the description of a manufacturing system. Multi domain matrices modeling the relationships between products, processes and resources are formalized as networks following the notions of graph theory. The information content of each matrix is assessed employing Shannon entropy measure and their aggregation yields the static complexity. Dynamic complexity is related to the uncertainty in the behaviour of a manufacturing system and in the present study is associated with the unpredictability of the performance indicators timeseries. The unpredictability of the performance indicators timeseries, which are provided by computer simulation, is captured employing the Lempel Ziv algorithm that calculates the Kolmogorov complexity. The dynamic complexity is either the unpredictability of a specific timeseries or the weighted mean of a series of performance indicators timeseries produced under different product demand scenarios. The relationship between flexibility and complexity is investigated for a group of 19 different configurations of a manufacturing system. In particular, operation flexibility that refers to the system’s ability to produce a set of products through different machines, materials, operations and sequences of operations and total complexity, and both static and dynamic are examined employing a utility function. As a case study, two assembly lines producing three car floor model types at three different product mixes are investigated. The dynamic complexity of each assembly line is assessed and the relationship between product mix and dynamic complexity is studied. The evaluation of the case study revealed the efficiency of the suggested approach validated its applicability to industrial environments. / Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων για την εκτίμηση πολυπλοκότητας συστημάτων παραγωγής και η διερεύνηση της σχέσης ευελιξίας και πολυπλοκότητας. Προς αυτή την κατεύθυνση προτείνεται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση βασισμένη στην θεωρία της πληροφορίας που επιτρέπει μια αναλυτική, ποσοτικοποιημένη και συστηματική προτυποποίηση και εκτίμηση τόσο της στατικής όσο και της δυναμικής πολυπλοκότητας των συστημάτων παραγωγής. Η στατική πολυπλοκότητα αφορά την δομή των συστημάτων παραγωγής, και σχετίζεται με τα προϊόντα, τις διεργασίες, τους παραγωγικούς πόρους που αποτελούν το σύστημα καθώς και τις μεταξύ τους σχέσεις. Η στατική πολυπλοκότητα αντιμετωπίζεται ως η πληροφορία που απαιτείται για να περιγραφεί ένα σύστημα παραγωγής. Πολυ-πεδιακοί πίνακες αναπαριστούν τις σχέσεις μεταξύ προϊόντων, διεργασιών και πόρων και προτυποποιούνται ως δίκτυα ακολουθώντας την θεωρία γράφων. Το πληροφοριακό περιεχόμενο κάθε πίνακα εκτιμάται με την χρήση της εντροπίας Shannon και το άθροισμα για όλους τους πίνακες δίνει την στατική πολυπλοκότητα. Η δυναμική πολυπλοκότητα σχετίζεται με την αβεβαιότητα της συμπεριφοράς των συστημάτων παραγωγής και στην παρούσα διατριβή συνδέεται με την απροβλεψιμότητα των χρονοσειρών δεικτών απόδοσης ενός συστήματος. Οι χρονοσειρές των δεικτών απόδοσης προκύπτουν από υπολογιστική προσομοίωση και η απροβλεψιμότητα τους εκτιμάται με των αλγόριθμο Lempel Ziv ο οποίος υπολογίζει την πολυπλοκότητα Kolmogorov. Η δυναμική πολυπλοκότητα είναι η απροβλεψιμότητα είτε μιας συγκεκριμένης χρονοσειράς είτε ο σταθμισμένος μέσος όρος ενός συνόλου χρονοσειρών δεικτών απόδοσης. Η σχέση ευελιξίας – πολυπλοκότητας διερευνάται για 19 διαμορφώσεις ενός συστήματος παραγωγής. Συγκεκριμένα, η ευελιξία λειτουργίας που αναφέρεται στην ικανότητα ενός συστήματος να παράγει ένα σύνολο προϊόντων χρησιμοποιώντας διαφορετικές μηχανές και διεργασίες και πολυπλοκότητα τόσο η στατική όσο και η δυναμική μελετώνται με μια συνάρτηση χρησιμότητας. Ως περίπτωση μελέτης εξετάζονται δύο γραμμές συναρμολόγησης που παράγουν τρία δάπεδα αμαξιού σε τρία μείγματα παραγωγής. Η δυναμική πολυπλοκότητα κάθε γραμμής και η σχέση μείγματος παραγωγής και δυναμικής πολυπλοκότητα μελετώνται. Η αξιολόγηση της περίπτωσης μελέτης αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων μεθόδων σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Ο σκοπός της παρούσας εργασίας αφορά ένα αντικείμενο που έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην οικονομική αγορά, την τεχνολογική εξέλιξη και τα Διεθνή Δίκτυα Παραγωγής. Το πρώτο μέρος της εργασίας αφορά στο θεωρητικό πλαίσιο ώστε να γίνει κατανοητός ο όρος Διεθνών Δικτύων Παραγωγής και γενικότερα τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα επιμέρους τμήματα που τα αποτελούν. Επίσης αναφέρεται η άμεση σχέση των δικτύων με το Κράτος , το ανθρώπινο δυναμικό καθώς και οι άμεσες επιπτώσεις από την ανάπτυξη των δικτύων δηλαδή την διάχυση της τεχνολογίας και της γνώσης. Τέλος, η μελέτη ολοκληρώνεται με την αναφορά μιας μελέτης περίπτωσης για το κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας γενικότερα, και ειδικότερα στην Ταϊλάνδη. / The purpose of this work it refers to a subject that has a particular interest in the financial market, technological progress and Global Production Networks. The first part of this project concerns the theoretical framework to understand the term of Global Production Networks and general characteristics, advantages and the individual parts that a network includes. Also, the networks are directly connected with the State, the human resources and the direct impact of the development of networks in the diffusion of technology and knowledge. Finally, the study concludes with a report of a case study for the automotive industry in general and particularly in Thailand.

The objective of the present study is the development of a method for the automated design of assembly lines using a multiple criteria approach. This method aims at supporting the decision making process during the early design stages as well as during the reconfiguration stages of assembly lines. Towards this target, a complete approach is proposed investigating the aspects of the design problem in both human and automation based assembly lines. At first, the current practices for design /reconfiguration of automated/ human based assembly lines were analysed and the decision making process was modelled in each case. Following the design problem was formulated in a way that allows its solution by the use of search algorithms which are easier and more efficient to apply. Models capable of systematically generating the alternative assembly lines designs were designed and implemented. An intelligent search algorithm was applied to these models allowing the efficient exploration of the design problem solution space and the fast identification of high quality design solutions with respect to several user defined criteria (such as investment cost, flexibility etc.). All the aforementioned were incorporated into two distinct software tools, having as objective the support of assembly line design and reconfiguration. The first tool incorporates the design model and algorithms in a standalone application that can automatically generate, simulate and evaluate alternative assembly lines designs based on the product structure and the available equipment and processes. The second tool was developed as a web based application that allows the reconfiguration of human based assembly lines through the concept of dynamic job rotation. The tool is able to derive alternative rotation schedules and evaluate them against criteria that are used for the case of human based assembly lines. The main outcome of this work is the complete method that was proposed and realized through software tools, which is capable of providing solutions for the design and reconfiguration of assembly lines. The method can assist design engineers in real time through the automated generation, evaluation and identification of high quality design alternatives. The evaluation of the case studies revealed the efficiency of the suggested approach to produce such designs and validated its applicability to industrial environments. / Το αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη μια πολυκριτηριδιακής μεθόδου για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας σχεδιασμού γραμμών συναρμολόγησης. Η μέθοδος προορίζεται για την υποστήριξη της διαδικασίας λήψης αποφάσεων τόσο κατά τα αρχικά στάδια του σχεδιασμού όσο και κατά τον επανασχεδιασμό / αναδιαμόρφωση της γραμμής παραγωγής. Προς αυτή την κατεύθυνση προτείνεται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση του προβλήματος η οποία εξετάζει τις ιδιαιτερότητες τόσο των αυτοματοποιημένων γραμμών συναρμολόγησης όσο και των γραμμών που απασχολούν ανθρώπινο δυναμικό. Αρχικά, ερευνήθηκαν οι σημερινές πρακτικές που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό αυτοματοποιημένων συστημάτων παραγωγής αλλά και των γραμμών που βασίζονται στο ανθρώπινο δυναμικό. Κατόπιν οι διαδικασίες αυτές μοντελοποιούνται με αποτέλεσμα, την ανάπτυξη μοντέλων, τα οποία είναι ικανά να παράγουν με συστηματικό τρόπο εναλλακτικούς σχεδιασμούς μιας γραμμής συναρμολόγησης. Επιπρόσθετα, ένας ευφυής αλγόριθμος εφαρμόζεται στα μοντέλα αυτά, επιτρέποντας την αποδοτική και γρηγορότερη ανάδειξη σχεδιασμών υψηλής ποιότητας ως προς τα κριτήρια που έχει θέσει ο σχεδιαστής. Τα παραπάνω μοντέλα και ο αλγόριθμος αναζήτησης υλοποιήθηκαν σε δύο λογισμικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν, με στόχο την στήριξη του σχεδιασμού γραμμών παραγωγής. Το πρώτο εργαλείο αποτελεί ένα αυτοτελές λογισμικό το οποίο έχει ως κύρια λειτουργία του την δημιουργία και αξιολόγηση εναλλακτικών σχεδιασμών αυτοματοποιημένων γραμμών παραγωγή, χρησιμοποιώντας ως εισόδους την δομή του προϊόντος και τον διαθέσιμο εξοπλισμό. Το δεύτερο εργαλείο χρησιμοποιεί την τεχνολογία των ιστοσελίδων (web interface) και χρησιμοποιείται για την δημιουργία χρονοπρογραμμάτων για τους εργάτες μιας γραμμής παραγωγής επιτρέποντας την αναδιαμόρφωση της σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η ερευνητική συμβολή της παρούσας διατριβής έγκειται στην ανάπτυξη μεθόδου η οποία προσφέρει ολοκληρωμένη λύση για την υποστήριξη λήψης αποφάσεων κατά τον σχεδιασμό και την αναδιαμόρφωση γραμμών συναρμολόγησης και υλοποιείται μέσω των κατάλληλων εργαλείων λογισμικού. Η αξιολόγηση των περιπτώσεων της αυτοκινητοβιομηχανίας απέδειξε την αποδοτικότητα και εφαρμοσιμότητά της σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της ανάπτυξης περιβάλλοντος εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας για την υποστήριξη ανθρωποκεντρικών διεργασιών στον τομέα της παραγωγής. Οι τεχνολογίες εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας μπορούν να μειώσουν σημαντικά το χρόνο και το κόστος ανάπτυξης προϊόντων και διεργασιών στην παραγωγή. Αυτή τη στιγμή υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα μεταξύ των συμβατικών CAD-βασιζόμενων μεθόδων και των μεθόδων προηγμένης προτυποποίησης και επικύρωσης που προσφέρει η χρήση της εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας. Συνεπώς, υπάρχει ανάγκη εμπλουτισμού των εικονικών περιβαλλόντων με νοημοσύνη, μέσω ενσωμάτωσης της γνώσης, επιτρέποντας την πραγματοποίηση πολύπλοκων εργασιών, μειώνοντας την ανάγκη για ανάπτυξη φυσικών πρωτοτύπων και αυξάνοντας τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης. Αφενός, περιβάλλοντα επαυξημένης πραγματικότητας που βασίζονται σε σημασιολογική γνώση καθώς και νέες μέθοδοι αλληλεπίδρασης με τον χρήστη μπορούν να παρέχουν τα μέσα για την επανατοποθέτηση του ανθρώπου στην παραγωγική διαδικασία. Αφετέρου, περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας σε συνδυασμό με τη σημασιολογική γνώση μπορούν να παρέχουν μεθόδους και εργαλεία που ενσωματώνουν τις 3D γεωμετρίες με τις πληροφορίες και τη γνώση, έτσι ώστε οι μηχανικοί να μπορούν αποτελεσματικά να αξιολογήσουν και να διαχειρίζονται εικονικά πρωτότυπα σε ένα εμβυθισμένο και διαδραστικό περιβάλλον. Εντός της παρούσας διατριβής, αναπτύχθηκε μια γενική VR και AR προσέγγιση βασισμένη στην ανάλυση της ανθρώπινης εργασίας και των μεθόδων χαρτογράφησης της γνώσης που υλοποιούνται σε ένα πλαίσιο εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας. Το πλαίσιο VR/AR έχει αναπτυχθεί για να χρησιμοποιηθεί με την προσέγγιση μεθόδου δύο σταδίων χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές αλληλεπίδρασης. Η μέθοδος και το πλαίσιο που αναπτύχθηκαν επιβεβαιώνονται μέσα από μια σειρά πραγματικών δοκιμών στην παραγωγή, τόσο της αυτοκινητοβιομηχανίας όσο και της αεροδιαστημικής βιομηχανίας. Τέλος, η αξιολόγηση των προτεινόμενων μεθόδων και του πλαισίου βασίζεται σε πραγματικές δοκιμές στη βιομηχανία με χρήση ποσοτικών δεικτών, επιβεβαιώνοντας τη βελτίωση της ροής εργασιών σε σύγκριση με τη συμβατική. / The aim of this work is to study the development of virtual and augmented reality environment for the support of human-based processes in manufacturing. Virtual and augmented reality technologies can significantly reduce the development time and cost of products and processes in manufacturing. However there is currently a big gap between the conventional CAD-based processes and the advanced prototyping and validation methods offered with the use of VR and AR technology. There is a need for the virtual environments to be enriched with intelligence through the incorporation of knowledge. This will allow for complex tasks to be carried out, thus reducing the need for an ad hoc development, while the reusability of such an environment will be increased. On the one hand, augmented reality environments based on semantic knowledge and new user interaction methods can provide the means for putting the human back in the process loop at manufacturing level. On the other hand, virtual reality environments coupled with semantic knowledge can provide methods and tools that integrate 3D geometries with information/knowledge so that engineers can effectively evaluate and manipulate virtual prototypes in an immersive and interactive environment. Within the current dissertation, a generic VR and AR approach is developed based on human task analysis and knowledge mapping methods that are implemented in a Virtual and Augmented Reality Framework. The VR/AR framework is developed to be used with the two-step method approach using advanced interaction techniques. The developed method and framework are validated through a series of real life manufacturing test cases derived from both the automotive and aerospace industrial practices. Finally, an evaluation of the proposed methods and framework is carried out, based on one of the industrial test cases using quantitative metrics, giving insight on to the improvement of the engineering workflow using the proposed work compared with the conventional physical workflow.