Uma das atividades mais rentáveis conduzidas pelas indústrias da atualidade é o desenvolvimento de novos produtos. Uma das etapas a serem consideradas no desenvolvimento de novos produtos é a definição do processo de fabricação do produto. Nas etapas iniciais do processo de desenvolvimento de produto, a definição dos processos relacionados é realizada de maneira estimativa. Somente quando da industrialização do produto é que realiza-se o estudo de tempos de produção, leiaute, entre outros. Deste modo, diversas composições de processo que poderiam ser implementadas são ignoradas, porque estas somente serão estudadas em futuros aperfeiçoamentos do processo produtivo. Diversos estudos tem sido conduzidos, voltados para a otimização do processo, em termos de balanceamento de linha, tempos de produção e leiaute. Entretanto observa-se que, nas etapas iniciais de desenvolvimento do produto, o processo de fabricação não é corretamente endereçado, sendo realizados apenas estudos superficiais. O objetivo do presente trabalho é construir um modelo para definição mais precisa dos processos produtivos a partir do projeto de produto. Para tal, foi realizada a revisão da literatura quanto a projeto do produto e otimização do processo, abordando quatro principais temas: i. estudo de tempos; ii. balanceamento de linha; iii. desenvolvimento de leiaute; iv. conceitos de manufatura enxuta; por serem estes os que mais impactam no processo de tomada de decisão. Com base no referencial teórico, desenvolveu-se um modelo para a definição de processo de forma otimizada, na etapa inicial do desenvolvimento de produto. Um estudo de caso em uma empresa do ramo automobilístico foi conduzido para verificar a viabilidade do modelo, comparando os resultados obtidos pelo modelo atual de desenvolvimento de processo contra o modelo proposto por este trabalho. Os resultados obtidos indicam que o modelo adere à realidade, permitindo uma definição robusta do processo fabril, ainda em estágios iniciais do PDP.

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; CNPq; RENAULT; Seti / As linhas de montagem que envolvem soldagem por pontos estão amplamente presentes na indústria de fabricação automotiva. O processo de montagem da estrutura do veículo emprega vários robôs equipados com ferramentas de soldagem por pontos. Estes robôs e ferramentas possuem altos custos, fazendo surgir a necessidade de projetar a linha cuidadosamente, atendendo à demanda do produto e reduzindo as despesas ao mesmo tempo. Nesta dissertação, propõe-se e estuda-se o problema do Projeto de Linha de Montagem Robótica (PLMR), com base nas características práticas de uma empresa automotiva localizada no Brasil. Desenvolve-se um modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) que permite: (i) paralelização de estações, (ii) seleção de equipamentos e (iii) múltiplos robôs por estação de trabalho. O modelo matemático visa minimizar o custo total à uma taxa de produção desejada, o que envolve robôs, ferramentas e instalações. O modelo proposto considerou o tempo morto durante um ciclo, restrições de espaço, restrições de alocação de tarefas e possibilidades de paralelismo. O tempo morto é um tempo improdutivo e fixo do trabalho de manuseio de peças que acompanha o tempo de movimento dos robôs transportadores capacitados. Experimentos computacionais foram realizados para evidenciar a influência dos parâmetros sobre a solução ótima do projeto de linha. Além disso, foram realizados estudos de casos práticos com parâmetros reais coletados de uma linha de montagem robotizada para soldagem, localizada na região metropolitana de Curitiba-PR, chegando à otimalidade. Em comparação com as linhas estritamente seriais, o modelo mostrou grandes vantagens ao permitir paralelizar as estações no sistema de produção, permitindo avaliar uma compensação entre a taxa de produção e o custo total. / Spot welding assembly lines are widely present in the automotive manufacturing industry. The procedure of building the vehicle’s body employs several robots equipped with spot welding tools. These robots and tools are quite costly, arising the necessity of designing the line consciously, meeting the product demand and reducing expenses at the same time. In this master thesis, the Robotic Assembly Line Design (RALD) problem is proposed and studied based on practical characteristics from an automotive company located in Brazil. A Mixed-Integer Liner Programming (MILP) formulation is developed allowing: (i) station paralleling, (ii) equipment selection, and (iii) multiples robots per workstation. The mathematical model aims at minimising the total cost at the desired production rate, which involves robots, tools and facilities. The proposed model considered dead time during a cycle, space constraints, task assignment restrictions, and parallelism possibilities. Dead time is an unproductive and fixed work-piece handling time that accompany the capacitated transporter robots’ movement time. Computational experiments were performed in order to evidence the parameters’ influence over the optimal line design solution. In addition, practical case studies were conducted with parameters collected from a real-world robotic welding assembly line located on the outskirts of Curitiba-PR (Brazil), reaching optimality. Compared to the strictly serial lines, the model led to great advantages by allowing station paralleling in the production system, making it possible to evaluate an expected trade-off between the production rate and the total cost.

Uma das atividades mais rentáveis conduzidas pelas indústrias da atualidade é o desenvolvimento de novos produtos. Uma das etapas a serem consideradas no desenvolvimento de novos produtos é a definição do processo de fabricação do produto. Nas etapas iniciais do processo de desenvolvimento de produto, a definição dos processos relacionados é realizada de maneira estimativa. Somente quando da industrialização do produto é que realiza-se o estudo de tempos de produção, leiaute, entre outros. Deste modo, diversas composições de processo que poderiam ser implementadas são ignoradas, porque estas somente serão estudadas em futuros aperfeiçoamentos do processo produtivo. Diversos estudos tem sido conduzidos, voltados para a otimização do processo, em termos de balanceamento de linha, tempos de produção e leiaute. Entretanto observa-se que, nas etapas iniciais de desenvolvimento do produto, o processo de fabricação não é corretamente endereçado, sendo realizados apenas estudos superficiais. O objetivo do presente trabalho é construir um modelo para definição mais precisa dos processos produtivos a partir do projeto de produto. Para tal, foi realizada a revisão da literatura quanto a projeto do produto e otimização do processo, abordando quatro principais temas: i. estudo de tempos; ii. balanceamento de linha; iii. desenvolvimento de leiaute; iv. conceitos de manufatura enxuta; por serem estes os que mais impactam no processo de tomada de decisão. Com base no referencial teórico, desenvolveu-se um modelo para a definição de processo de forma otimizada, na etapa inicial do desenvolvimento de produto. Um estudo de caso em uma empresa do ramo automobilístico foi conduzido para verificar a viabilidade do modelo, comparando os resultados obtidos pelo modelo atual de desenvolvimento de processo contra o modelo proposto por este trabalho. Os resultados obtidos indicam que o modelo adere à realidade, permitindo uma definição robusta do processo fabril, ainda em estágios iniciais do PDP.

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).