Cellular manufacturing, which is also referred to as group technology among researchers, has primarily been used as a means to increase productivity, efficiency and flexibility. Under group technology, similar jobs, which have similar shape, material, and processing operations are assigned to the same group. Moreover, dissimilar machines are assigned to the same cell to meet the processing requirements of jobs in a group or multiple groups. Group scheduling problems have been studied extensively in the past as implementation of group technology became more prevalent in industry. However, most of the work that has been done has focused on single-criterion optimization. A bi-criteria group scheduling problem in a flow shop with sequence-dependent setup time is investigated in this research. Cellular manufacturing and flow shop are two popular scenarios in industry. To mimic real industry practice, dynamic job releases and dynamic machine availabilities are assumed. The goal is to minimize the weighted sum of total weighted completion time and total weighted tardiness, which satisfy the producer and customer goals separately. Normalized weights are assigned to both criteria to describe the trade-off between the two goals. Two different initial solution finding mechanisms are proposed, and a tabu-search based two-level search algorithm is developed to find near optimal solutions for the problem. An example problem is used to demonstrate the applicability of the search algorithm. A mathematical model is developed and implemented to evaluate the quality of the solutions obtained from the heuristics in small problem instances. Further, to uncover the difference in performance of initial solution finding mechanisms and heuristics, a detailed experimental design is performed. The results show that different heuristics have different performance in solving problems generated with different parameters. / Graduation date: 2012

Customized cellular material is a relatively new area made possible by advancements in rapid manufacturing technologies. Rapid manufacturing is ideal for the production of customized cellular structure, especially on the meso scale, due to the size and complexity of the design. The means to produce this type of structure now exist, but the processes to design the structure are not well developed. The manual design of customized cellular material is not realistic due to the large number of features. Currently there are few tools available that aid in the design of this type of material. In this thesis, an automated tool to design customized cellular structure is presented.

Bibliography: leaves 172-184. / xx, 278 leaves : ill. (chiefly col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / An analytical approach to the integrated problems of designing the dynamic cellular manufacturing systems layout concurrently with its material flow (handling) requirements, in such a manner that minimises the material handling within the system. The proposed strategy encourages the design of a dynamic layout to identify simultaneously the machine groups, economical machine distribution, and intracell and intercell layouts. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Mechanical Engineering, 2001?

Bibliography: leaves 172-184. An analytical approach to the integrated problems of designing the dynamic cellular manufacturing systems layout concurrently with its material flow (handling) requirements, in such a manner that minimises the material handling within the system. The proposed strategy encourages the design of a dynamic layout to identify simultaneously the machine groups, economical machine distribution, and intracell and intercell layouts.

Neste trabalho foram utilizados os conceitos de célula flexível de manufatura e de automação utilizando a robótica para desenvolver uma célula robotizada de acabamento de instrumentos cirúrgicos forjados, com o objetivo de obter aumento de produção e flexibilizar o sistema de manufatura. Na produção manual de acabamento dos instrumentos cirúrgicos incluídos no estudo são realizados processos de lixamento, eletropolimento, polimento vibratório, jateamento e polimento com manta sintética e escova. Foi identificado que o sistema utilizando trabalho manual restringe a produtividade a um número de pinças insuficiente para atender à demanda do mercado. Desse modo, foi desenvolvida uma célula robotizada de acabamento, com a intenção de suprir a necessidade do aumento de produção dos instrumentos cirúrgicos. Em paralelo ao desenvolvimento da célula flexível de manufatura, estudaram-se os processos de acabamento utilizados, resultando na eliminação de etapas de acabamento no processo automatizado. Com a célula flexível de manufatura desenvolvida se obteve um aumento de produção de 96,87 % e uma redução nos custos de 50,53 % em relação à linha manual. Os produtos cuja manufatura se deseja automatizar são pinças hemostáticas, de apreensão e de campo que foram selecionadas através da análise da demanda produtiva. A matéria-prima utilizada nestes instrumentos é aço inoxidável martensítico, de denominação AISI 420D. O processo de fabricação utilizado nos componentes é o forjamento, que permite a melhora das propriedades mecânicas, modificando a disposição dos constituintes do material deformado. No entanto, foi avaliada de forma experimental a viabilidade de substituição do forjamento pelo corte laser, visando a eliminação do processo de lixamento dos componentes, com consequente aumento na taxa de produção, o que não foi possível devido à menor resistência obtida pelos componentes assim produzidos. / In this study, were used the concepts of flexible cell manufacturing and automation using robotics to develop a finishing in forged surgical instruments robot cell, in order to get increased production and a more flexible manufacturing system. On completion of the manual production of surgical instruments included in the study of processes are performed grinding, electropolishing, vibratory polishing, sandblasting and polishing synthetic blanket and brush. Was identified that the system using manual labor productivity to a limited number of tweezers insufficient to meet market demand. Thus, was developed a robotic finishing cell, with the intention of meeting the need for increasing production of surgical instruments. In parallel to the development of flexible manufacturing cell, were studied the finishing processes used, resulting in the elimination of finishing steps in the automated process. With the flexible manufacturing cell development was obtained an increase of 96.87% and production cost savings of 50.53% compared to the online manual. The products whose manufacture is desirable to automate hemostat, apprehension and field tweezers that were selected by analyzing the production demand. The raw material used in these instruments is martensitic stainless steel, designations AISI 420D. The manufacturing process used in the components is forginig, which allows the improvement of mechanical properties by modifying the arrangement of the constituents of the deformed material. However, it was experimentally evaluated the feasibility of replacing the forging by laser cutting, in order to eliminate the process of grinding the components, with consequent increase in production rate, which was not possible due to a lower resistance obtained by the components thus produced.

O cenário do mercado exige que as empresas desenvolvam produtos inovadores e feitos com processos eficazes. Uma das alternativas que as empresas automotivas tiveram para atingir tais objetivos é o uso de sistemas de produção enxuta (SPE). Neste contexto, este trabalho apresenta diretrizes para reprojeto de células de manufaturas enxutas. A aplicação do método é ilustrada por meio do caso de reprojeto de uma célula em uma fábrica de autopeças. A célula foi reprojetada em função da necessidade de adaptação à entrada de um novo produto demandado por um dos principais clientes. Como ponto de partida para o reprojeto, a célula existente foi analisada segundo o nível de uso da produção enxuta, por meio de uma ferramenta de avaliação das práticas de produção enxuta disponível na literatura. Essa aplicação permitiu aperfeiçoar a ferramenta de avaliação e identificar oportunidades de melhoria nas células. Depois disso, o reprojeto seguiu as seguintes etapas: projeto preliminar, projeto detalhado e planejamento da implementação das novas células de manufatura. Contudo, os resultados satisfatórios de um Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) dependem da comunicação entre as etapas e atividades relativas ao processo e a necessidade de integração interfuncional. / The scenario of the market requires that companies develop innovative products and with effective processes. One of the alternatives that the automotive companies had to achieve these goals is to use the lean production systems. In this context, this paper presentsguidelines to redesign lean manufacturing cells, an auto parts factory. Cells were redesigned according one need to adapt to the entry of a new product demanded by a major customer. As a starting point for redesign, existing cells were analyzed according to the level of use of lean production, using an assessment tool of lean production practices available literature. This application allowed improving the assessment tool and identifies opportunities for improvement in the cells. After that, redesign involved the following steps: preliminary design, defining the detailed design and planning of the implementation of new manufacturing cells. However, a satisfactory result of a PDP depends on the communication between the steps and activities related to the process and the need cross-functional integration.

Neste trabalho foram utilizados os conceitos de célula flexível de manufatura e de automação utilizando a robótica para desenvolver uma célula robotizada de acabamento de instrumentos cirúrgicos forjados, com o objetivo de obter aumento de produção e flexibilizar o sistema de manufatura. Na produção manual de acabamento dos instrumentos cirúrgicos incluídos no estudo são realizados processos de lixamento, eletropolimento, polimento vibratório, jateamento e polimento com manta sintética e escova. Foi identificado que o sistema utilizando trabalho manual restringe a produtividade a um número de pinças insuficiente para atender à demanda do mercado. Desse modo, foi desenvolvida uma célula robotizada de acabamento, com a intenção de suprir a necessidade do aumento de produção dos instrumentos cirúrgicos. Em paralelo ao desenvolvimento da célula flexível de manufatura, estudaram-se os processos de acabamento utilizados, resultando na eliminação de etapas de acabamento no processo automatizado. Com a célula flexível de manufatura desenvolvida se obteve um aumento de produção de 96,87 % e uma redução nos custos de 50,53 % em relação à linha manual. Os produtos cuja manufatura se deseja automatizar são pinças hemostáticas, de apreensão e de campo que foram selecionadas através da análise da demanda produtiva. A matéria-prima utilizada nestes instrumentos é aço inoxidável martensítico, de denominação AISI 420D. O processo de fabricação utilizado nos componentes é o forjamento, que permite a melhora das propriedades mecânicas, modificando a disposição dos constituintes do material deformado. No entanto, foi avaliada de forma experimental a viabilidade de substituição do forjamento pelo corte laser, visando a eliminação do processo de lixamento dos componentes, com consequente aumento na taxa de produção, o que não foi possível devido à menor resistência obtida pelos componentes assim produzidos. / In this study, were used the concepts of flexible cell manufacturing and automation using robotics to develop a finishing in forged surgical instruments robot cell, in order to get increased production and a more flexible manufacturing system. On completion of the manual production of surgical instruments included in the study of processes are performed grinding, electropolishing, vibratory polishing, sandblasting and polishing synthetic blanket and brush. Was identified that the system using manual labor productivity to a limited number of tweezers insufficient to meet market demand. Thus, was developed a robotic finishing cell, with the intention of meeting the need for increasing production of surgical instruments. In parallel to the development of flexible manufacturing cell, were studied the finishing processes used, resulting in the elimination of finishing steps in the automated process. With the flexible manufacturing cell development was obtained an increase of 96.87% and production cost savings of 50.53% compared to the online manual. The products whose manufacture is desirable to automate hemostat, apprehension and field tweezers that were selected by analyzing the production demand. The raw material used in these instruments is martensitic stainless steel, designations AISI 420D. The manufacturing process used in the components is forginig, which allows the improvement of mechanical properties by modifying the arrangement of the constituents of the deformed material. However, it was experimentally evaluated the feasibility of replacing the forging by laser cutting, in order to eliminate the process of grinding the components, with consequent increase in production rate, which was not possible due to a lower resistance obtained by the components thus produced.

Esta tese explora características de sistemas de manufatura celular virtual, de técnicas de escalonamento e despacho em tempo de execução e de algoritmos genéticos para assegurar um alto grau de flexibilidade de rotas de processo e eficiência na programação de tarefas de sistemas de manufatura do tipo (NDDJSS – non-deterministic dynamic job shop system). Desenvolve-se assim, um método de programação baseado em duas novas técnicas, de clustering e de escalonamento e despacho, respectivamente, aplicado a sistemas de manufatura do tipo NDDJSS. Apresentam-se inicialmente os conceitos fundamentais considerados na organização de sistemas de manufatura em células de trabalho e suas implicações em termos de esforço de coordenação e controle das células e das tarefas; a abordagem por organização funcional das células de manufatura virtuais; ascaracterísticas, definições e notação usadas para problemas de escalonamento; a descrição de técnicas de escalonamento e despacho de sistemas de manufatura; aspectos relevantes de computação evolutiva, mais especificamente, de algoritmos genéticos. Em seguida, introduz-se a nova técnica de clustering e a nova técnica de escalonamento e despacho, juntamente com os requisitos e as formulações associadas. A nova técnica de clustering forma células de manufatura virtuais balanceadas quanto ao volume de trabalho, com alto grau de flexibilidade de rotas de processo. A nova técnica de escalonamento e despacho é autônoma, estável, adaptativa, flexível, contingente, monotônica e relativamente robusta, permitindo a geração de escalas em tempo de execução, ao mesmo tempo em que mantém a medida de desempenho, o makespan, dentro de uma faixa de desempenho pré-estabelecida. Exemplificam-se as aplicações das duas novas técnicas, através de exemplos extraídos da literatura técnica e simulados através de um programa de computador chamado (DEVICE – Design of virtual cells), desenvolvido especialmente para esta pesquisa. Após simulação obtêm-se os resultados de forma estruturada para análise. Os respectivos resultados da aplicação do método de programação proposto comprovam o potencial dessa abordagem. / This thesis explores characteristics of virtual cellular manufacturing systems, of scheduling and dispatching techniques for real time requirements and genetic algorithms for assures a high level of routeing flexibility and efficiency in tasks programming for (NDDJSS – non-deterministic dynamic job shop system). It introduces a programming method based in two new clustering and scheduling and dispatching techniques, respectively, applied in NDDJSS manufacturing systems. Initialy, the work presents basic concepts considered in the organization of cellular manufacturing systems and its implications for coordination and control efforts of cells and tasks, respectively; an approach of virtual mufacturing cells through the functional organization; the characteristics, definitions and notation used for scheduling problems; the description of more manufacturing systems scheduling and dispatching techniques; relevant aspects of evolutionary computation in specialty, the genetic algorithms. Subsequently, the work also introduces the new clustering and scheduling and dispatching techniques, the requirements and the formulas associated. The new clustering technique builds balanced workload with high flexibility of process routeing. Also, the new scheduling and dispatching technique is autonomous, stable, adaptative, flexible, contingent, monotonic and relatively robust, providing scales generating in running mode (real time) and mantaining the performance measures “makespan” within the stabilished range of performance. The applications of the two new techniquesare exemplified based on two examples picked from technique literature and so simulated through a new software called (DEVICE – design of virtual cells). The software DEVICE was designed specialty for this research. After run some simulations, the structured form results are obtained for analisys. The respectively results obtained for the proposed method application proves the powerful of this approach.

Neste trabalho foram utilizados os conceitos de célula flexível de manufatura e de automação utilizando a robótica para desenvolver uma célula robotizada de acabamento de instrumentos cirúrgicos forjados, com o objetivo de obter aumento de produção e flexibilizar o sistema de manufatura. Na produção manual de acabamento dos instrumentos cirúrgicos incluídos no estudo são realizados processos de lixamento, eletropolimento, polimento vibratório, jateamento e polimento com manta sintética e escova. Foi identificado que o sistema utilizando trabalho manual restringe a produtividade a um número de pinças insuficiente para atender à demanda do mercado. Desse modo, foi desenvolvida uma célula robotizada de acabamento, com a intenção de suprir a necessidade do aumento de produção dos instrumentos cirúrgicos. Em paralelo ao desenvolvimento da célula flexível de manufatura, estudaram-se os processos de acabamento utilizados, resultando na eliminação de etapas de acabamento no processo automatizado. Com a célula flexível de manufatura desenvolvida se obteve um aumento de produção de 96,87 % e uma redução nos custos de 50,53 % em relação à linha manual. Os produtos cuja manufatura se deseja automatizar são pinças hemostáticas, de apreensão e de campo que foram selecionadas através da análise da demanda produtiva. A matéria-prima utilizada nestes instrumentos é aço inoxidável martensítico, de denominação AISI 420D. O processo de fabricação utilizado nos componentes é o forjamento, que permite a melhora das propriedades mecânicas, modificando a disposição dos constituintes do material deformado. No entanto, foi avaliada de forma experimental a viabilidade de substituição do forjamento pelo corte laser, visando a eliminação do processo de lixamento dos componentes, com consequente aumento na taxa de produção, o que não foi possível devido à menor resistência obtida pelos componentes assim produzidos. / In this study, were used the concepts of flexible cell manufacturing and automation using robotics to develop a finishing in forged surgical instruments robot cell, in order to get increased production and a more flexible manufacturing system. On completion of the manual production of surgical instruments included in the study of processes are performed grinding, electropolishing, vibratory polishing, sandblasting and polishing synthetic blanket and brush. Was identified that the system using manual labor productivity to a limited number of tweezers insufficient to meet market demand. Thus, was developed a robotic finishing cell, with the intention of meeting the need for increasing production of surgical instruments. In parallel to the development of flexible manufacturing cell, were studied the finishing processes used, resulting in the elimination of finishing steps in the automated process. With the flexible manufacturing cell development was obtained an increase of 96.87% and production cost savings of 50.53% compared to the online manual. The products whose manufacture is desirable to automate hemostat, apprehension and field tweezers that were selected by analyzing the production demand. The raw material used in these instruments is martensitic stainless steel, designations AISI 420D. The manufacturing process used in the components is forginig, which allows the improvement of mechanical properties by modifying the arrangement of the constituents of the deformed material. However, it was experimentally evaluated the feasibility of replacing the forging by laser cutting, in order to eliminate the process of grinding the components, with consequent increase in production rate, which was not possible due to a lower resistance obtained by the components thus produced.

O cenário do mercado exige que as empresas desenvolvam produtos inovadores e feitos com processos eficazes. Uma das alternativas que as empresas automotivas tiveram para atingir tais objetivos é o uso de sistemas de produção enxuta (SPE). Neste contexto, este trabalho apresenta diretrizes para reprojeto de células de manufaturas enxutas. A aplicação do método é ilustrada por meio do caso de reprojeto de uma célula em uma fábrica de autopeças. A célula foi reprojetada em função da necessidade de adaptação à entrada de um novo produto demandado por um dos principais clientes. Como ponto de partida para o reprojeto, a célula existente foi analisada segundo o nível de uso da produção enxuta, por meio de uma ferramenta de avaliação das práticas de produção enxuta disponível na literatura. Essa aplicação permitiu aperfeiçoar a ferramenta de avaliação e identificar oportunidades de melhoria nas células. Depois disso, o reprojeto seguiu as seguintes etapas: projeto preliminar, projeto detalhado e planejamento da implementação das novas células de manufatura. Contudo, os resultados satisfatórios de um Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) dependem da comunicação entre as etapas e atividades relativas ao processo e a necessidade de integração interfuncional. / The scenario of the market requires that companies develop innovative products and with effective processes. One of the alternatives that the automotive companies had to achieve these goals is to use the lean production systems. In this context, this paper presentsguidelines to redesign lean manufacturing cells, an auto parts factory. Cells were redesigned according one need to adapt to the entry of a new product demanded by a major customer. As a starting point for redesign, existing cells were analyzed according to the level of use of lean production, using an assessment tool of lean production practices available literature. This application allowed improving the assessment tool and identifies opportunities for improvement in the cells. After that, redesign involved the following steps: preliminary design, defining the detailed design and planning of the implementation of new manufacturing cells. However, a satisfactory result of a PDP depends on the communication between the steps and activities related to the process and the need cross-functional integration.