Testo di Riferimento: Gestione della Produzione Industriale, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi,...

Testo di Riferimento: ”Gestione della Produzione Industriale”, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi, Hoepli, 1995.

Obiettivi: Definizione di Processo Industriale e sua Classificazione Problematiche nella Gestione di un Processo Industriale Metodi di Ottimizzazione della Produzione Industriale Strategie Algoritmiche: Soluzioni Complete ed Euristiche.

Informatica nella Produzione Industriale

Classificazione in base alla domanda e alla produzione: produzioni unitarie su commesse singole (variabilità dei

cicli di produzione) produzioni a lotti su commesse ripetitive (alternanza dei

cicli di produzione) produzioni continue su previsione

Classificazioni in base alla natura intrinseca del prodotto: produzioni per processo (ciclo tecnologico obbligato) produzioni manifatturiere (Manufacturing Systems):

Fabbricazione e Montaggio (ciclo tecnologico non obbligato)

Sistemi Produttivi

Fabbricazioni per Reparti o Job Shop Fabbricazioni per Cellule Fabbricazioni per Linea di Prodotto

Manufacturing Systems

(Fabbricazioni)

Un pezzo o un lotto viene lavorato da Reparti di lavorazione spostandosi (tramite un sistema di trasporto o pallet) in accordo ad un preciso ciclo tecnologico (routing).

Ciacun Reparto aggrega macchine omogenee per tipo di lavorazione. Dunque esso offre una determinata “capacità tecnologica”

Il Job Shop è un sistema produttivo che mette a disposizione “capacità tecnologiche”

la capacità produttiva dell’impianto si realizza quando viene specificato il routing


(Fabbricazioni di tipo Job Shop)


(Fabbricazioni di tipo Job Shop)

A1 A2 A3 A4Lotto i1 23 4

Lotto i

Reparto Aj

Mj1 Mj2

Mj3Mj4

1

2

3

4

Ciascun pezzo o lotto viene completamente lavorato da cellule di macchine (Gruppo Tecnologico)

Ogni cellula aggrega macchine di natura diversa adibite alle lavorazioni necessarie per ottenere il particolare prodotto finito.


(Fabbricazioni per Cellula)


(Fabbricazioni per Cellula)

A1 A2 A3 A4Lotto i

Lotto i

Cellula j

Mj1 Mj2

Mj3Mj4

1

2

3

4

La fabbricazione per linea di prodotto è una sistema produttivo costituito da un insieme di macchine progettate per realizzare rigidamente una sequenza fissata di lavorazioni.

Tutti i pezzi o lotti subiscono la stessa sequenza di processamento

La fabbricazione per linea di prodotto è un sistema produttivo che mette a disposizione una “capacità produttiva”

La capacità tecnologica è incorporata nell’impianto e mirata alla produzione di un solo prodotto.


(Fabbricazioni per Line di Prodotto)


(Fabbricazioni per Line di Prodotto)

M1 M2 M3 M4Lotto i

Confronto tra le Soluzioni Estreme della Fabbricazione

Job Shop Vantaggi Svantaggi

Alta Flessibilità Elevati Tempi di Produzione

Elevata Elasticità (e.g.Guasti) Elevato WIP

Scarsa Obsolescenza Scarso Sfruttamento delle Risorse

Rapido Avvio di Nuove Produzioni Scarsa Prevedibilità dei Tempi di Consegna

Difficoltà della Gestione (vedi lucido seguente)

Linea di Produzione Vantaggi Svantaggi

Ridotti Tempi di Produzione Notevole Rigidità

Ridotto WIP Investimenti Elevati

Elevato Sfruttamento delle Risorse Rischi di Obsolescenza

Buona Prevedibilità dei Tempi di Consegna Vulnerabilità ai Guasti

Elevato Tempo di Avvio di Nuove Produzioni

Difficoltà della Progettazione (vedi lucido seguente)

Difficoltà della Gestione della Produzione del Job Shop

Lotto 1M11 M12

M13M14

M21 M22

M23M24

M31

M32M33

Lotto 2

Lotto 1Lotto 2

Difficoltà della Gestione della Produzione del Job Shop

Problemi Principali: Scelta tra più Risorse (Macchine) disponibili per la

lavorazione dei Lotti Loading: Scelta dei lotti da inoltrare nell’impianto e scelta

della sequenze di inoltro dei lotti nell’impianto Dispatching/Sequencing: Scelta della sequenza di

Lavorazione dei Lotti sulle Singole Macchine Minimizzazione di diversi parametri prestazionali quali il

tempo di trasferimento e i tempi di Set-Up delle Macchine

Soluzioni: Esperienza Umana Soluzioni Algoritmiche per l’Ottimizzazione della

Produttività (Obiettivo del Corso)

Tempo di Lavorazione = T1+T2+T3+T4 Problemi Principali nella Progettazione:

Bilanciamento del Carico di Lavoro Elevata Disponibilità delle Risorse (Meccanismi di

Tolleranza ai Guasti) Analisi dei rischi di mercato ai quali si va incontro

dotandosi di una certa capacità produttiva per uno specifico prodotto.

Difficoltà della Progettazione della Linea di Fabbricazione

M1 M2 M3 M4Lotto i

T1 T2 T3 T4

Introduzione del Controllo Numerico (Calcolatore) nella gestione della produzione di tipo Manifatturiera relativamente alla fase di fabbricazione: Sistema di Trasporto Automatico Controllo della Produzione

Basato principalmente sul modello “Job Shop” Vantaggi:

Migliore allocazione delle risorse disponibiliOttimizzazione di parametri prestazionali

Flexible Manufacturing Systems

Montaggi a Posto Fisso: L’assemblaggio viene realizzato in una locazione fissa da uno o più operatori (o macchine).

Montaggio a Trasferimento: L’assemblaggio viene realizzato progressivamente da più stazioni di lavoro, collegate da sistemi di trasporto (automatici): Montaggio Sequenziale Montaggio Stellare


(Montaggi)

Montaggio Sequenziale


(Montaggi a Trasferimento)

M4M1 M2 M3

M4

M1 M2

M3

M5

Montaggio Stellare

Problematiche Attuali: Linee di Montaggio assai rigide Risorse disponibili usate solo per il montaggio di un

numero limitato di tipologie di prodotti

Soluzione: FAS (Flexible Assembly System) Caratteristiche Principali di un FAS:

Cellule di Montaggio in grado di realizzare una vasta gamma di assiemaggi con modesti tempi di riattrezzaggio

Il Montaggio completo di un prodotto viene realizzato tramite l’attraversamento di un set di cellule di assiemaggio (uso di movimentazione automatica)


(Montaggi)


(Flexible Assembly System)

Prodotto 1 M11 M12

M13M14

M21 M22

M23M24

M31

M32M33

Prodotto 2

Prodotto Assiemato 1

Cellula di Montaggio 1 Cellula di Montaggio 2 Cellula di Montaggio 3

Prodotto Assiemato 2

Tre Fasi in Successione: Progettazione e Realizzazione del Sistema Produttivo Messa a Punto dei cicli di lavorazione, delle attrezzature,

delle procedure di collaudo e di controllo della qualità, etc.

PROGRAMMAZIONE DELLA PRODUZIONE:Formulazione e gestione dei piani di produzione, ovvero utilizzo

delle risorse del sistema produttivo predisposte nelle fasi precedenti per la realizzazione dei prodotti desiderati.

La Programmazione della Produzione si articola in tre periodi: Programmazione di Lungo Periodo Programmazione Aggregata Programmazione di Breve Periodo

Gestione della Produzione Industriale

Programmazione di Lungo Periodo Input: target di fatturato Output:

“Quanto” si dovrà produrre“Quante” e “Quali” Risorse Produttive (manodopera,

materie prime, etc.) sono necessarie Nota: le risorse legate all’impianto industriale non

possono essere variate Periodo di Riferimento: Anno o più Anni


Programmazione della Produzione

Programmazione Aggregata della Produzione Input: disponibilità delle risorse decise nella fase

precedente Output: Piano Principale di Produzione (MPS), in termini

di “Quanto” si dovrà produrre in ogni Periodo di Riferimento dell’Orizzonte Considerato

Periodo di Riferimento: Mese Orizzonte Considerato: Anno o Semestre



Programmazione di Breve Periodo della Produzione Input: Piano Principale di Produzione (MPS) Output: Decisioni basate sulla Schedulazione di Processi

Loading e/o Dispatching e/o Sequencing

Periodo di Riferimento: Giorno o Turno

La Programmazione di Breve Periodo della Produzione può anche mancare (Just In Time - JIT)



Caratteristica Principale: Ordini di Produzione a “Monte” del Sistema Produttivo,

contenuti nel Master Production Schedule (MPS) Modello “Push”

Uso della Programmazione di Breve Periodo per la Schedulazione dei Lotti, per decidere (ad esempio) il: Loading Dispatching/Sequencing

al fine di influire su (ad esempio): Tempi di Consegna di Ciascun Lotto (MakeSpan) Produttività (Numero di Lotti Prodotti/Time) Accumuli durante la Produzione (WIP) Utilizzazione delle Macchine

Programmazione di Breve Periodo

Esempio: 3 Lotti da produrre (risultato MPS) Obiettivo: Minimizzare i tempi di completamento


Routing Tecnologico:Lotto 1= (M1, M3, M2)Lotto 2= (M1, M2, M3)Lotto 3= (M2, M3, M1)

M1 M2 M3Lotto 1

Lotto 1

Lotto 2

Lotto 3

Lotto 3 Lotto 2

Tempi di Produzione:Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2))Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2))Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3))

Esempi di Risultati Forniti

dalla Programmazione di Breve Periodo

Soluzione di Dispatching/Sequencing: Tempi di Completamento:

Lotto 1 = 7Lotto 2 = 8Lotto 3 = 9

Routing Tecnologico:Lotto 1= (M1, M3, M2)Lotto 2= (M1, M2, M3)Lotto 3= (M2, M3, M1)Tempi di Produzione:Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2))Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2))Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3))

M1

M2

M3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

9

Diagramma di Gantt

Esempi di Risultati Forniti

dalla Programmazione di Breve Periodo

Soluzione di Dispatching/Sequencing: Tempi di Completamento:

Lotto 1 = 7Lotto 2 = 7Lotto 3 = 7

M1

M2

M3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

7

Routing Tecnologico:Lotto 1= (M1, M3, M2)Lotto 2= (M1, M2, M3)Lotto 3= (M2, M3, M1)Tempi di Produzione:Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2))Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2))Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3))

Diagramma di Gantt

Le risorse che devono essere utilizzate sono interamente note e non è possibile decidere variazioni di macchinari e di orario

Il numero di risorse critiche (quelle “contese”) è sempre unitario ed è generalmente rappresentato dalle macchine

I lotti (o job) sono sempre definiti (routing, data di consegna) I tempi di trasporto sono trascurabili Tutti i lotti assegnati devono essere compiuti (nessun

annullamento di ordini) Ciascuna macchina non può lavorare più di un lotto alla volta

(può non essere valida !) ogni operazione su un lotto può iniziare solo quando

l’operazione precedente nel routing tecnologico è completata

Ipotesi Adottate nella


Macchina Singola Macchine Parallele identiche o differenti Open Shop Flow Shop Job Shop

Modelli più comunemente adottati nella


Capacità di Modellazione Produzioni di Processo in cui non sia possibile distinguere

differenti fasi di processamento Produzioni Manifatturiere per Linea, in cui una macchina è

più critica delle altre tutti i casi in cui l’impianto sia schematizzabile come una

macchina singola

Modello a Macchina Singola

Lista di Job

J1J2

J3

Macchina

Problema da risolvere: Dispatching/Sequencing J1(1), J2(2), J3(4) Minimizzazione della somma dei tempi di completamento

dei Job (tempo medio di completamento):J1, J2, J3 1+3+7=11 (tempo medio = 3.7)

J2, J3, J1 2+6+7=15 (tempo medio = 5)

Ipotesi che possono essere assunte per i job: dipendenza o indipendenza tecnologica tra i job

(precedenza tra i job) preemption

Complessità Computazionale:N! (N=Numero di Job)

Modello a Macchina Singola

Capacità di Modellazione Produzioni riconducibili ad un modello a

macchina singola Disponibilità di Processamenti ridondanti

Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing e Allocazione

Ipotesi che possono essere assunte per le macchine:

macchine perfettamente identiche (tempi di lavoro uguali)

macchine differenti (tempi di lavorazione di un job dipendenti dalla macchina)

Ipotesi che possono essere assunte per i job: dipendenza o indipendenza tecnologica tra i job

(precedenza tra i job) preemption

Modello a Macchine Parallele

Lista di Job

J1J2

J3

Macchina

Macchina

Macchina

Macchina

Tutti i job richiedono l’intervento di uno stesso numero di macchine

Per ogni job non viene imposto un ordine delle operazioni, che può essere qualsiasi (routing non fisso)

Non esistono vincoli sulla precedenza delle operazioni

I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti da job a job

Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing in ciascuna macchina

Open Shop

Lista di Job J1J2

J3

M1 M2

M3

Tutti i job richiedono l’intervento di uno stesso numero di macchine

L’ordine delle operazioni è fisso ed è uguale per tutti i job (Routing Fisso)


Il flusso di lavorazione è unidirezionale Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing in

ciascuna macchina

Flow Shop

Differenziazioni di Flow Shop:flow shop puro: tutti i job richiedono

un’operazione su ogni macchinaflow shop generico: i job possono non utilizzare

qualche macchina, tra quelle appartenenti al flusso di lavorazione

flow shop con sorpasso tra job: la sequenza di lavorazione dei job sulle macchine non è la stessa

flow shop senza sorpasso: la sequenza di lavorazione dei job sulle macchine è la stessa

Flow Shop

J1=(M1(1),M3(2),M2(1)) J2=(M1(2),M3(3),M2(1)) J3=(M1(3),M3(2),M2(1))

Flow Shop Puro senza Sorpasso tra Job

Lista di Job

J1J2

J3

M1 M2

M3

Flow Shop Puro senza Sorpasso tra Job

M1

M2

M3 1

1

2 13

101 5

23

23

M1

M2

M3

1

1

2

1

3

91 5

2 3

2 3

Complessità Computazionale : N !

Flow Shop Puro con Sorpasso tra Job

M1

M2

M3 1

1

2 13

101 5

2 3

2

12

3

15

M1

M2

M3

1

1

2

1

3

101 5

2 3

2 3

Complessità Computazionale : (N !)M

L’ordine delle operazioni è fisso ed è uguale per tutti i job

Qualche macchina lungo il routing può essere saltata da uno o più job


Flow Shop Generico

J1=(M3(2),M2(1))

J2=(M1(2),M3(3))

J3=(M1(1),M3(2),M2(1))

Lista di Job

J1J2

J3

M1 M2

M3

I job richiedono l’intervento di un differente numero di macchine L’ordine delle operazioni per ciascun job è fisso ed è differente da

job a job I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti

da job a job Il flusso di lavorazione non è unidirezionale Flow Shop: Caso Particolare di un Job Shop

Job Shop

Job 1= (M1(2), M3(1), M2(2))

Job 2= (M1(2), M2(1), M3(2))

Job 3= (M2(1), M3(3), M1(3))

Lista di Job

J1J2

J3

M1 M2

M3

Complessità Computazionale : (N !)M

(N= numero Job, M=numero di macchine)

Job Shop

M1

M2

M3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

1 85 10

M1

M2

M3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

1 5 7 10

Esistenza di vincoli particolari tra le operazioni di alcuni job Esempio: hold-time

Esistenza di job che richiedono l’uso di una macchina più di una volta

Presenza di routing tecnologici alternativi

Differenze tra Problemi Reali e Modelli Classici nel Job Shop

Tempi di Lavorazione di ciascun job su ciascuna macchina Macchina Singola o Parallele Identiche:

tj = tempo lavorazione job j

Macchine Parallele generiche, Open shop e Flow shop: tji = tempo di lavorazione job j, macchina i

Job shop: tjik = tempo di lavorazione dell’operazione k del job j sulla

macchina i

data di possibile inizio produzione job j, rj

data concordata per il completamento job j, dj

Dati di Input sui quali effettuare

la Programmazione a Breve Termine

Parametri relativi a ciascun job, determinati a seguito dello scheduling: data di effettivo inizio produzione job j, Ij (rj)

data di effettivo completamento, Cj

lateness, L j = Cj - d j, negativo se vi è un anticipo sul

completamento

tardiness, T j = max{0,L j}, non considera un eventuale

anticipo sul completamento

flowtime, F j = C j - I j, tempo di attraversamento del job

nel sistema

Parametri Prestazionali determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene

valutata la bontà dello scheduling

rj Ijdj

Cj

flowtime

lateness

Parametri Prestazionali determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene

valutata la bontà dello scheduling

lateness medio=

(compensa ritardi con anticipi)

Parametri Prestazionali relativi ad un Set di N Job determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello

scheduling

flowtime medio=

tardiness medio=

(tiene conto solo dei ritardi)

N

LN

1 jj

N

TN

1jj

N

FN

1jj


scheduling

numero di job in ritardo=

Makespan=maxj{Cj}- minj{Ij}

Coefficiente Medio di Saturazione delle Risorse=

0Tse,0)T(

0Tse,1)T(dove),T(

jj

jjN

1jj

MMakespan

tM

1i

N

1jji

Work In Process (WIP)=


scheduling

b

ajj

jj

tistanteall' presentijobdinumero)t(WIP

Cmaxb

Imina

dove,dt)t(WIPMakespan

1

tempo di set-up=

SUi è il tempo complessivo di set-up della macchina i

M

1iiSU

Presenza di set-up

M1

M2

M3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

t112

t123

t312

Tipi di set-up: set-up indipendenti dalla sequenza di lavorazione: è

possibile inglobarli nei tempi di lavorazione

SUi=0

set-up dipendenti dalla coppia di job adiacenti nella sequenza di lavorazione dei job su ciascuna macchina.

Ad esempio: SU1=t112+t1

23

Tempo di Set-up Complessivo=

set-up dipendenti da tutte le lavorazioni “passate” della macchina

Set-up non computabile

M

1iiSU

Presenza di set-up

Minimizzazione Lateness Medio Minimizzazione Tardiness medio Minimizzazione Flowtime medio Minimizzazione del Numero di job in ritardo Minimizzazione del Makespan Massimizzazione Coefficiente Medio di Saturazione

delle Risorse, coincide con la Minimizzazione del Makespan

Minimizzazione del Work In Process (WIP) Minimizzazione del Tempo di Set-up Complessivo

Obiettivi della Schedulazione a Breve Periodo

Testo di Riferimento: Gestione della Produzione Industriale, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi,...

Documents

Transcript of Testo di Riferimento: Gestione della Produzione Industriale, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi,...