A diferença entre estações de trabalho é considerada desprezível em linhas de montagem tradicionais. Por outro lado, linhas de montagem heterogêneas consideram o problema de indústrias nas quais os tempos das tarefas variam de acordo com alguma característica a ser selecionada para a tarefa. No Problema de Balanceamento e Atribuição de Trabalhadores em Linhas de Montagem (do inglês Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem, ALWABP), os trabalhadores são responsáveis por estações de trabalho e de acordo com as suas habilidades, eles executam as tarefas em diferentes quantidades de tempo. Em alguns casos, os trabalhadores podem até ser incapazes de executar algumas tarefas. No Problema de Balanceamento de Linhas de Montagem Robóticas (do inglês Robotic Assembly Line Balancing Problem, RALBP), há diferentes tipos de robôs e o conjunto de tarefas de cada estação deve ser executada por um robô. Robôs do mesmo tipo podem ser usados múltiplas vezes. Nós propomos métodos exatos e heurísticos para a minimização do tempo de ciclo destes dois problemas, para um número fixo de estações. Os problemas têm características similares que são exploradas para produzir limitantes inferiores, métodos inferiores, models de programação inteira mista, e regras de redução e dominância. Para a estratégia de ramificação do método de branch-and-bound, entretanto, as diferenças entre os problemas forçam o uso de dois algoritmos diferentes. Uma estratégia orientada a tarefas tem os melhores resultados para o ALWABP-2, enquanto uma estratégia orientada a estações tem os melhores resultados para o RALBP-2. Nós mostramos que os limitantes inferiores, heurísticas, modelos de programação inteira mista e algoritmos de branch-and-bound para estes dois problemas são competitivos com os métodos do estado da arte da literatura. / The difference among workstations is assumed to be negligible in traditional assembly lines. Heterogeneous assembly lines consider the problem of industries in which the task times vary according to some property to be selected for the task. In the Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem (ALWABP), workers are assigned to workstations and according to their abilities, they execute tasks in different amounts of time. In some cases they can even be incapable of executing some tasks. In the Robotic Assembly Line Balancing Problem (RALBP) there are different types of robots and each station must be executed by a robot. Multiple robots of the same type may be used. We propose exact and heuristic methods for minimizing the cycle time of these two problems, for a fixed number of stations. The problems have similar characteristics that are explored to produce lower bounds, heuristic methods, mixed-integer programming models, and reduction and dominance rules. For the branching strategy of the branch-and-bound method, however, the differences among the problem force the use of two different algorithms. A task-oriented strategy has the best results for the ALWABP-2 while a station-oriented strategy has the best results for the RALBP-2. The lower bounds, heuristics, MIP models and branch-and-bound algorithms for these two problems are shown to be competitive with the state-of-the-art methods in the literature.

Orientador: Antonio Batocchio / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T07:20:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fagundes_RenatoAlexandre_M.pdf: 1173048 bytes, checksum: f9c42d8865a1d2718c308d673b82bd20 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a implementação de um processo cadenciador (ou puxador) na linha de produção de uma indústria fabricante de placas de circuito impresso rígidas, focando principalmente na implantação de um sistema cadenciador para que o fluxo de produção flua de uma maneira cadenciada e limpa para atender uma determinada família de produtos de placas de circuito impresso rígido (não metalizadas ¿simples face¿ e metalizadas ¿dupla face¿). A montagem da célula de produção para o estudo foi desenvolvida a partir da análise da técnica de mapeamento de fluxo estendido para se obter a melhor produtividade do sistema e atender as demandas do cliente final. A existência de algumas formas de variabilidades nos tempos takt, balanceamento de operadores, tempo para troca de modelos e dimensionamento do ciclo de máquinas foram estudadas e apresentadas buscando sempre uma otimização do fluxo contínuo dentro do processo cadenciador. Através das técnicas de mapeamento de fluxo de valor foi montado um mapa de estado atual e futuro o qual nos permite visualizar de uma maneira mais clara as correções propostas. Palavras chaves: Manufatura enxuta, Mapeamento de Fluxo de Valor, Tempo Takt, OBC / Abstract: This work has as objective the implementation of a pacemaker process in the line of production of an industry manufacturer of rigid printed circuit board, where the major is on the implantation of a pacemaker process allowing a production flow clean and smoth for one definitive product family of the printed circuit board (not metallized "single face" and metallized "double face"). The assembly of the cell of production for the study was developed from the analysis of the technique of Mapping Stream Value to get the best productivity of the system and to take care of the demands of the final customer. The existence of some forms of variabilities like : takt time, balancing of operators, time for exchange of models and sizing of the cycle of machines had been studied and presented searching always an optimization of the continuous flow inside of the pacemaker process. Through the techniques of Mapping Stream Value from the current state to future state was mounted which in allows them to visualize in a clear way of the corrections proposals. Key words- Lean Manufacturing, Value Stream Mapping, Takt Time, OBC / Mestrado / Planejamento e Gestão Estrategica da Manufatura / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação Araucária; RENAULT; Seti / A Pesquisa Operacional investiga as (melhores) formas de se configurar e coordenar sistemas ou operações usando técnicas de otimização. Geralmente, a otimização de um sistema é modelado com base no estado final almejado. Porém, como atingir ou implementar tal estado final em sistemas é pouco retratado na literatura. Esta dissertaçãode mestrado propõe uma nova classe de problema de otimização: a programação das operações entre o estado inicial e o final de um sistema, o Problema de Implementação. A programação das operações é especialmente importante para linhas de montagem. A indústria automobilística é fortemente baseada em linhas de produção que podem ser usadas até 24 horas por dia. Assim, as oportunidades de intervenções para mudar ou otimizar o sistema produtivo são poucas. As condições de implementação aplicadas ao balanceamento de linhas produtivas são discutidas, e as características observadas resultam no proposto Problema de Implementação de Linhas de Montagem (PILM). Na dissertação, um guia de modelagem baseado em Programação Linear Inteira Mista (PLIM) é desenvolvido para a formulação de diversas variações do Problema de Implementação. As instruções de modelagem são usadas para desenvolver um conjunto de modelos PLIM para o Problema de Implementação de Linhas de Montagem. Para a obtenção de resultados, um conjunto de instâncias é proposto. Assim, uma análise de sensibilidade em função de cada um dos parâmetros formadores das instâncias é realizada. As formulações são comparadas, junto com as diferentes formas de apresentar e resolver o problema. Ademais, um método de decomposição é usado para resolver um problema industrial real. A modelagem mostrase correta para a divisão da implementação de mudanças em linhas de montagem. Os resultados mostram que a divisão do esforço de implementação resulta em apenas poucas mudanças a mais (cerca de 7% para os casos pequenos e médios) comparadas com a implementação em uma fase. A possibilidade de programar a implementação em etapas menores aumenta a aplicabilidade de projetos, que, de outra forma, requeririam grande paradas de produção. / Operations Research investigates the (best) ways to configure and coordinate systems or operations with optimization procedures. Usually, the optimization of a system is modeled based on the aimed final configuration. However, little is published about how to reach or implement such optimal configurations in the systems. This master thesis proposes a new class of optimization problem: a scheduling of operations between initial and final states of a system, the Implementation Problem. The scheduling of operations is especially important to assembly lines. The automotive industry strongly relies on production lines that can operate 24 hours a day. Thus, the intervention opportunities to change or optimize the production system are very few. The implementation conditions of balancing on assembly lines are discussed, and the observed characteristics result in the proposal of the Assembly Line Implementation Problem (ALIP). The master thesis proposes a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) modeling guide for the formulation of several variations of Implementation Problems. The modeling instructions are used to develop a set of MILP models for the Assembly Line Implementation Problem. For the results, a dataset is proposed and a sensitivity analysis on each of the consistent parameters of the dataset is performed. The proposed formulations are compared, along with the different forms of presenting and solving the problem. Furthermore, a decomposition method is used to solve a real-world industrial problem. The modeling correctly represents the division of the implementation of changes in assembly lines. The results show that the division of the effort in multiple stages only need a few more changes (around 7\% for the small and medium cases) comparing to a straightforward implementation. The possibility of scheduling the implementation in smaller steps increases the applicability of projects that otherwise would require a large system's stoppage time.

Fundação Araucária; RENAULT; Seti / A Pesquisa Operacional investiga as (melhores) formas de se configurar e coordenar sistemas ou operações usando técnicas de otimização. Geralmente, a otimização de um sistema é modelado com base no estado final almejado. Porém, como atingir ou implementar tal estado final em sistemas é pouco retratado na literatura. Esta dissertaçãode mestrado propõe uma nova classe de problema de otimização: a programação das operações entre o estado inicial e o final de um sistema, o Problema de Implementação. A programação das operações é especialmente importante para linhas de montagem. A indústria automobilística é fortemente baseada em linhas de produção que podem ser usadas até 24 horas por dia. Assim, as oportunidades de intervenções para mudar ou otimizar o sistema produtivo são poucas. As condições de implementação aplicadas ao balanceamento de linhas produtivas são discutidas, e as características observadas resultam no proposto Problema de Implementação de Linhas de Montagem (PILM). Na dissertação, um guia de modelagem baseado em Programação Linear Inteira Mista (PLIM) é desenvolvido para a formulação de diversas variações do Problema de Implementação. As instruções de modelagem são usadas para desenvolver um conjunto de modelos PLIM para o Problema de Implementação de Linhas de Montagem. Para a obtenção de resultados, um conjunto de instâncias é proposto. Assim, uma análise de sensibilidade em função de cada um dos parâmetros formadores das instâncias é realizada. As formulações são comparadas, junto com as diferentes formas de apresentar e resolver o problema. Ademais, um método de decomposição é usado para resolver um problema industrial real. A modelagem mostrase correta para a divisão da implementação de mudanças em linhas de montagem. Os resultados mostram que a divisão do esforço de implementação resulta em apenas poucas mudanças a mais (cerca de 7% para os casos pequenos e médios) comparadas com a implementação em uma fase. A possibilidade de programar a implementação em etapas menores aumenta a aplicabilidade de projetos, que, de outra forma, requeririam grande paradas de produção. / Operations Research investigates the (best) ways to configure and coordinate systems or operations with optimization procedures. Usually, the optimization of a system is modeled based on the aimed final configuration. However, little is published about how to reach or implement such optimal configurations in the systems. This master thesis proposes a new class of optimization problem: a scheduling of operations between initial and final states of a system, the Implementation Problem. The scheduling of operations is especially important to assembly lines. The automotive industry strongly relies on production lines that can operate 24 hours a day. Thus, the intervention opportunities to change or optimize the production system are very few. The implementation conditions of balancing on assembly lines are discussed, and the observed characteristics result in the proposal of the Assembly Line Implementation Problem (ALIP). The master thesis proposes a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) modeling guide for the formulation of several variations of Implementation Problems. The modeling instructions are used to develop a set of MILP models for the Assembly Line Implementation Problem. For the results, a dataset is proposed and a sensitivity analysis on each of the consistent parameters of the dataset is performed. The proposed formulations are compared, along with the different forms of presenting and solving the problem. Furthermore, a decomposition method is used to solve a real-world industrial problem. The modeling correctly represents the division of the implementation of changes in assembly lines. The results show that the division of the effort in multiple stages only need a few more changes (around 7\% for the small and medium cases) comparing to a straightforward implementation. The possibility of scheduling the implementation in smaller steps increases the applicability of projects that otherwise would require a large system's stoppage time.

Este trabalho utiliza a Programação Linear Inteira Mista (MILP) para investigar as diferenças de produtividade encontradas em uma Linha de Montagem de Modelo Misto. A abordagem de solução foi através da construção e resolução de modelos matemáticos do problema de balanceamento de linhas de montagem de modelo misto (MALBP – Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem), seguido do problema de sequenciamento de carros (PSC – Car Sequencing Problem). Uma simulação discreta foi utilizada para verificar os resultados dos modelos matemáticos. O estudo relata o caso real de uma linha de montagem da indústria automotiva das partes móveis das carrocerias de três diferentes veículos compartilhando a mesma linha de produção. A linha de produção é caracterizada como baixa cadência (de até 15 veículos/hora) e totalmente manual. A linha é constituída por mesas de rolos em série onde o acionamento é do tipo de passo não sincronizado. O objetivo é investigar como manter o melhor nível de produtividade da linha de produção e, ao mesmo tempo, manter a característica de flexibilidade para atender a uma demanda variável em volume e diversidade de produto. São apresentados resultados desse trabalho que indicam que é possível a obtenção de alguns balanceamentos flexíveis para alguns mixes de produtos, o que permite manter a diferença nos tempos de produção no limite de 6%, para esta correta combinação de balanceamento-sequenciamento. No entanto, verificando as demais combinações possíveis para os seis mixes de produtos avaliados, o tempo de produção apresentou diferenças de até 19%, dependendo da sequência de entrada dos produtos para um certo mix. Outro fator que também ocasionou diferenças dos tempos produtivos, de 20% em média, foi em relação a alocação/ausência de postos pulmões (buffers). O horizonte da análise, a priori, foi de um lote de produção de uma hora para o modelo matemático e de uma semana de produção para o modelo de simulação discreta. Os resultados obtidos no estudo indicam que é possível operar uma linha de montagem flexível com uma produtividade equiparável a linhas de montagem de único modelo, se cuidados relativos ao balanceamento e sequenciamento produtivos forem observados. Por outro lado, se as condições operacionais de balanceamento e sequenciamento para as linhas de montagem de modelos/produtos mistos não forem consideradas, as perdas acumuladas na taxa de produção podem ser significativas (por exemplo, tempos de produção para algumas condições de teste ultrapassaram em 30% o valor teórico estimado). / This work uses Mixed Integer Linear Programming (MILP) to investigate productivity differences found in a Mixed-Model Assembly Line. The solution approach was based on construction and resolution of mathematical models for the Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem (MALBP), followed by the Car Sequencing Problem (CSP). A discrete simulation was used to check the results obtained by the mathematical models. The study reports the real case of an automotive metal line that assemblies the closures of three different vehicles, sharing the same production line. The production line is characterized as low cadence (e.g., up to 15 vehicles/hour) and fully manual. The line is formed by roller tables in series with unpaced devices. The main objective is to investigate how to maintain productivity, while maintaining the flexibility characteristic to meet a variable demand in volume and product diversity. Results of this study are presented and indicate that some flexible balancing mixes are viable. Production time differences of no more than 6% were observed in such flexible choices. However, the checking of some possible combinations for the six mixes of evaluated products showed a production time difference up to 19%, depending on the sequence of products for a certain mix. Another factor that also influenced production time differences, 20% on average, was the allocation of buffers. The horizon of analysis encompasses a lot of production of one hour, to the mathematical model, and a week for discrete simulation. The obtained results indicate that it is possible to operate a flexible assembly line with a level of productivity similar to a single product line, in case of careful choices in balancing/sequencing. On the other hand, if the operating conditions of balancing and sequencing were not taken into account the cumulative loss in throughput may be significant (e.g., for some studied cases, production time exceed 30% the theoretical value).

FA; UTFPR; RENAULT / Linhas robóticas de solda são comuns na indústria automobilística. Durante a produção de um veículo, sua estrutura metálica precisa ser soldada em um único corpo resistente. Isso é feito por meio de centenas de soldas a ponto por resistência, cada uma liga localmente duas ou mais placas metálicas. Distribuir eficientemente esses pontos entre robôs é particularmente desafiador, levando em conta que: cada robôs podem fazer acessar uma parte dos pontos de solda, há tempo de movimentação entre pontos e robôs podem colidir entre si se ocuparem o mesmo espaço físico ao mesmo tempo. Há muitas maneiras factíveis de distribuir pontos de solda. No entanto, cada uma gera um resultado econômico diferente: Se um robô soldar muitos pontos se tornará um gargalo e reduzirá a taxa média de produção.Obter o conjunto de decisões operacionais que gera o melhor desempenho é o objetivo de técnicas de otimização. Há uma ampla variedade de técnicas descritas na literatura de pesquisa operacional e ciência da computação: modelos matemáticos, algoritmos, heurísticas, meta-heurísticas, etc. No contexto industrial, tais técnicas foram adaptadas para diversas variantes de problemas práticos. No entanto, estas adaptações só podem resolver as variantes para as quais foram idealizadas. Se por um lado podem se traçar paralelos entre vários aspectos de linhas robóticas de solda e tais variantes, por outro o conjunto completo de características das linhas estudadas não é tratável por (ou convertível em) nenhuma delas. A presente dissertação desenvolve uma abordagem para otimizar tais linhas, baseada em um modelo de programação linear inteira mista desenvolvido para descrever o problema. Ela também apresenta um estudo de caso para discutir e ilustrar possíveis dificuldades de aplicação e como superá-las. O modelo apresentado foi aplicado a dados de uma linha robótica de solda da fábrica, composta por quarenta e dois robôs, quatro modelos de veículos e mais de setecentos pontos de solda por veículo. A média ponderada da redução em tempo de ciclo obtida pelo modelo foi de 17.5%. Variantes do modelo, concebidas para auxiliar trabalhos futuros, são apresentadas e discutidas. / Robotic welding manufacturing lines are production lines common in automobile industries. During a vehicle's production, the vehicle's metal structure must be welded in a single resistant body. This is made by hundreds of spot-welding points, each of which tie locally two or more metal plates. Efficiently distributing these welding points amongst robots is particularly challenging, taking in account that: not all robots can perform all weld points, robots must move their welding tools between weld points, and robots might interfere with one another if they use the same geometrical space. There are multiple feasible manners to distribute the welding points. However, each of these forms generates different economical results: If a robot performs too many points, it will become a line bottleneck and reduce average throughput. To find the set of operational decisions that yields the best output is the goal of optimization techniques. There are a wide variety of such techniques described in operations research and computer sciences literature: mathematical models, algorithms, heuristics, meta-heuristics, etc. In the industrial context, these techniques were adapted to related line balancing problems. However, these adaptations can only solve the specific variants they were designed to address. While parallels can be drawn between aspects of robotic welding lines and many of such variants, the full combined set of characteristics of the studied lines is not treatable by (or convertible to) any of them. This dissertation develops a framework to optimize such lines, based on mixed-integer linear programing model developed to describe the problem. It also presents a case study to discuss and illustrate possible difficulties and how to overcome them. The presented model was applied to data from the factory's robotic welding lines composed of forty-two robots (divided in thirteen stations), four vehicle models and over seven hundred welding points for each vehicle. The weighted average reduction percentage in cycle time obtained by the model was 17.5%. Model variants, designed to aid further works are presented and discussed.