This work investigates the flexibility of manufacturing systems and the introduction of flexibility considerations into the change management of manufacturing systems. The change drivers that make flexibility important for manufacturing systems are analyzed and the definition and dimensions of flexibility as they have been approached in the literature are discussed. In order to measure flexibility, a Flexibility Evaluation Toolbox comprised of five individual measures is proposed in the thesis. The Flexibility Evaluation Toolbox enables the responsible engineer to select the most appropriate measure to be used in each case under study. Furthermore, each of the measures requires different data providing the opportunity to the engineer to use the Flexibility Evaluation Toolbox in a wide range of situations. A classification table of the five measures in relation to a set of usability criteria has been included. A methodology supporting the user to select the most appropriate measure according to the case under study and the user’s preferences is also provided. The Flexibility Evaluation Toolbox has been integrated in a software platform able to handle the required data, automate the calculations, provide quantitative results and eventually drive the change management directions. The software architecture and the individual modules of the software platform are described. The three basic modules of the platform are the Flexibility Evaluation Toolbox, the Data Collector and the Change Management Component. The solution proposed in this thesis can be used in small, medium or large enterprises and in different industrial sectors. This is demonstrated in the provided four case studies where flexibility evaluation has been used to support change management decisions in the commercial refrigerators sector in local and world-wide scale, the pharmaceutical/cosmetics sector and the mobile communications sector. / Στην παρούσα εργασία διερευνάται η ευελιξία στα συστήματα παραγωγής και o τρόπος εξέτασης της ευελιξίας κατά τη διαχείριση αλλαγών σε συστήματα παραγωγής. Αναλύονται οι λόγοι για τις απαιτούμενες αλλαγές που κάνουν την ευελιξία σημαντική για τα συστήματα παραγωγής και συζητούνται οι διάφορες παράμετροι της ευελιξίας, όπως παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία. Στοχεύοντας στην μέτρηση της ευελιξίας, μια ‘εργαλειοθήκη’, αποτελούμενη από πέντε διαφορετικά ‘εργαλεία’ για την μέτρηση της ευελιξίας, προτείνεται στην εργασία. Η εργαλειοθήκη μέτρησης της ευελιξίας επιτρέπει στον ενδιαφερόμενο μηχανικό να επιλέξει το πιο κατάλληλο μέτρο για την κάθε κατάσταση που μελετάται. Επιπλέον, κάθε ένα από τα μέτρα χρησιμοποιεί διαφορετικές πληροφορίες για την αξιολόγηση δίνοντας την ευκαιρία στον μηχανικό να τα χρησιμοποιήσει σε πολλές διαφορετικές καταστάσεις. Παρέχεται ένας πίνακας ταξινόμησης των πέντε αυτών μέτρων σε σχέση με τις εφαρμογές και ιδιότητες τους, όπως και μία μεθοδολογία που μπορεί να ακολουθηθεί για την επιλογή του καταλληλότερου μέτρου. Στην εργασία προτείνεται επίσης και η ενσωμάτωση της εργαλειοθήκης των μέτρων αξιολόγησης της ευελιξίας σε μια πλατφόρμα λογισμικού η οποία είναι ικανή να διαχειριστεί τα απαιτούμενα δεδομένα, να αυτοματοποιήσει τους υπολογισμούς, να παράσχει αριθμητικά αποτελέσματα και τελικά να οδηγήσει προς την σωστή κατεύθυνση τις απαραίτητες αλλαγές. Αντίστοιχα, περιγράφονται η αρχιτεκτονική του λογισμικού και κάθε υποσύστημά της. Τα τρία κύρια υποσυστήματα της πλατφόρμας είναι η εργαλειοθήκη των μέτρων αξιολόγησης της ευελιξίας, ο συλλέκτης δεδομένων και ο διαχειριστής των αλλαγών. Η προτεινόμενη προσέγγιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μικρές, μεσαίες και μεγάλες επιχειρήσεις που μπορεί να ανήκουν σε διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς. Αυτό αποδεικνύεται και από τις τέσσερις περιγραφόμενες περιπτώσεις πιλοτικής χρήσης, όπου η μέτρηση της ευελιξίας πραγματοποιείται ώστε να υποστηρίξει τη διαχείριση και να βοηθήσει την επιλογή των κατάλληλων αλλαγών στη βιομηχανία κατασκευής επαγγελματικών συστημάτων ψύξης σε τοπικό και διεθνές επίπεδο, στην φαρμακευτική βιομηχανία και στην βιομηχανία παραγωγής συσκευών κινητής τηλεφωνίας.

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.