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Industrial assembly lines with multi-operated workstations: applications and methods

Assembly lines are widely present in the automotive manufacturing industry. The procedure of building vehicles employs several workers or robots equipped with a diverse pool of tools. Facilities, wages, robots, and tools are quite costly, giving rise to the necessity of consciously designing an effi...

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Autor principal:	Michels, Adalberto Sato
Formato:	Tese
Idioma:	Inglês
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Pesquisa operacional Otimização matemática Balanceamento de linha de montagem Programação linear Método de decomposição Indústria automobilística Simulação (Computadores) Operations research Mathematical optimization Assembly-line balancing Linear programming Decomposition method Automobile industry and trade Computer simulation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24499
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spelling	riut-1-244992021-03-03T06:11:30Z Industrial assembly lines with multi-operated workstations: applications and methods Linhas de montagem industriais com estações de trabalho multi-operadas: aplicações e métodos Michels, Adalberto Sato Magatao, Leandro https://orcid.org/0000-0002-6917-9753 http://lattes.cnpq.br/4652695720103701 Silva, Arinei Carlos Lindbeck da https://orcid.org/0000-0003-0262-9243 http://lattes.cnpq.br/3094470512414488 Coelho, Leandro Callegari https://orcid.org/0000-0003-4589-643X http://lattes.cnpq.br/5085659938072564 Magatao, Leandro https://orcid.org/0000-0002-6917-9753 http://lattes.cnpq.br/4652695720103701 Santos, Maristela Oliveira dos https://orcid.org/0000-0001-7092-4573 http://lattes.cnpq.br/0756373063566786 Luders, Ricardo https://orcid.org/0000-0001-6483-4694 http://lattes.cnpq.br/5158617067991861 Pesquisa operacional Otimização matemática Balanceamento de linha de montagem Programação linear Método de decomposição Indústria automobilística Simulação (Computadores) Operations research Mathematical optimization Assembly-line balancing Linear programming Decomposition method Automobile industry and trade Computer simulation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS Engenharia Elétrica Assembly lines are widely present in the automotive manufacturing industry. The procedure of building vehicles employs several workers or robots equipped with a diverse pool of tools. Facilities, wages, robots, and tools are quite costly, giving rise to the necessity of consciously designing an efficient line. It is crucial to meet product demand and reduce expenses at the same time. Due to large-size products found in automotive industries, multiple workers can be assigned to the same workstation in order to simultaneously perform different operations on the same product. In this PhD thesis, three proposed studies are presented and discussed: the Robotic Assembly Line Design (RALD) problem and two variants of the Multi-manned Assembly Line Balancing Problem (MALBP). Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulations are developed for all three problems. They either aim at minimising total costs at the desired production rate or the cycle time given limited resources. For the RALD problem, several practical characteristics are taken into consideration, computational tests are conducted, and a practical case study is solved with parameters collected from a real-world robotic welding assembly line, reaching optimality. Secondly, both variants of MALBP models incorporate strong symmetry break constraints (valid inequalities) and decompose the original problem into innovative Benders’ Decomposition Algorithms (BDA). These algorithms are able to optimally solve large-size instances and outperform previous methods in terms of solution quality. Finally, contributions of developed works are summarised and further research directions are suggested for all problems. Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Secretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI) As linhas de montagem estão amplamente presentes na indústria de fabricação automotiva. O procedimento de construção de veículos emprega vários trabalhadores ou robôs equipados com um conjunto diversificado de ferramentas. Instalações, salários, robôs e ferramentas possuem altos custos, fazendo surgir a necessidade de se projetar uma linha eficiente cuidadosamente. É crucial que a demanda do produto seja atendida e que as despesas sejam reduzidas ao mesmo tempo. Devido aos produtos encontrados nas indústrias automotivas serem de grande porte, vários funcionários podem ser designados à mesma estação de trabalho para executar diferentes operações simultaneamente no mesmo produto. Nesta tese de doutorado, três estudos propostos são apresentados e discutidos: o problema do Projeto de Linha de Montagem Robótica (PLMR) e duas variantes do Problema de Balanceamento de Linha de Montagem Multi-operada (PBLMM). Formulações de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) são desenvolvidas para todos os problemas, visando a minimização dos custos totais na taxa de produção desejada ou do tempo de ciclo dado recursos limitados. Para o problema de PLMR, várias características práticas são levadas em consideração, testes computacionais são conduzidos, e um estudo de caso prático é resolvido com parâmetros reais coletados de uma linha de montagem robotizada para soldagem, chegando à otimalidade. Em segundo lugar, ambos os modelos das variantes do PBLMM incorporam restrições fortes de quebra de simetria (inequações válidas) e decompõem o problema original em novos Algoritmos de Decomposição de Benders (ADB). Estes algoritmos são capazes de resolver instâncias grandes de forma otimizada e superar os métodos anteriores em termos de qualidade da solução. Finalmente, as contribuições destes trabalhos desenvolvidos são resumidas e direções de novas frentes de pesquisa são sugeridas para todos os problemas. 2021-03-03T00:12:36Z 2021-03-03T00:12:36Z 2020-12-17 doctoralThesis MICHELS, Adalberto Sato. Linhas de montagem industriais com estações de trabalho multi-operadas: aplicações e métodos. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24499 eng openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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language	Inglês
topic	Pesquisa operacional Otimização matemática Balanceamento de linha de montagem Programação linear Método de decomposição Indústria automobilística Simulação (Computadores) Operations research Mathematical optimization Assembly-line balancing Linear programming Decomposition method Automobile industry and trade Computer simulation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS Engenharia Elétrica
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description	Assembly lines are widely present in the automotive manufacturing industry. The procedure of building vehicles employs several workers or robots equipped with a diverse pool of tools. Facilities, wages, robots, and tools are quite costly, giving rise to the necessity of consciously designing an efficient line. It is crucial to meet product demand and reduce expenses at the same time. Due to large-size products found in automotive industries, multiple workers can be assigned to the same workstation in order to simultaneously perform different operations on the same product. In this PhD thesis, three proposed studies are presented and discussed: the Robotic Assembly Line Design (RALD) problem and two variants of the Multi-manned Assembly Line Balancing Problem (MALBP). Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulations are developed for all three problems. They either aim at minimising total costs at the desired production rate or the cycle time given limited resources. For the RALD problem, several practical characteristics are taken into consideration, computational tests are conducted, and a practical case study is solved with parameters collected from a real-world robotic welding assembly line, reaching optimality. Secondly, both variants of MALBP models incorporate strong symmetry break constraints (valid inequalities) and decompose the original problem into innovative Benders’ Decomposition Algorithms (BDA). These algorithms are able to optimally solve large-size instances and outperform previous methods in terms of solution quality. Finally, contributions of developed works are summarised and further research directions are suggested for all problems.
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Industrial assembly lines with multi-operated workstations: applications and methods

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