Optimal schemaläggning vid produktion av flygmotorkomponenter

Relevanta dokument
Optimering av scheman för en verklig produktionscell: tidsdiskretisering reducerar lösningstiden utan att lösningarnas kvalitet försämras

Northern LEAD Outlook. Utgåva nummer 6 Optimal schemaläggning av produktionsceller. Karin Thörnblad

Föreläsning 8. Planering av funktionell verkstad (del 2): Detaljplanering; sekvensering, orderstyrning, mm

Underhållsplanering för flerkomponentsystem kostnadseffektivisering med hjälp av en optimeringsmodell för opportunistiskt underhåll

Hur man schemalägger järnvägsunderhåll optimalt

BERÄKNINGSMETODER FÖR DEN FRAMTIDA TÅGPLANEPROCESSEN

Optimering och simulering: Hur fungerar det och vad är skillnaden?

Värdet av intelligenta förpackningar - Ett logistiskt perspektiv. Dr. Ola Johansson Lunds Tekniska Högskola

Optimeringslara = matematik som syftar till att analysera och. Optimeringslara ar en gren av den tillampade matematiken.

FLOAT - (FLexibel Omplanering Av Tåglägen i drift) OT8 2 Väl fungerande resor och transporter i storstadsregionen

Aktivitetsschemaläggning för flerkärninga processorer

Införande av ruttplanering och slottider: ett medel att påverka kötider och uppstallning vid slakterier.

MVE235 Matematisk orientering. Matematisk optimering en introduktion till ämnet och verksamhet vid MV

Nyheter i korthet. Edgecam Workflow 2016R1 ett stort steg framåt för fräsning, svarvning och trådgnistning

Optimering av försörjningskedjor

Lektion 6 Detaljplanering (DP)

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Föreläsning 6: Transportproblem (TP)

DVG A06. Operativsystem, mm. Karlstads universitet Datavetenskap. DVG A06 Johan Eklund. Datavetenskap, Karlstads universitet 1

Lunds Tekniska Högskola Datorarkitektur med operativsystem EITF60. Superscalar vs VLIW. Cornelia Kloth IDA2. Inlämningsdatum:

Gradientbaserad Optimering,

Studienämnden Data

Definition DVG A06. Varför operativsystem? Operativsystem. Översikt. - Vad är ett operativsystem?

TAOP86/TEN 1 KOMBINATORISK OPTIMERING MED

Optimerande beslutstöd för tågtrafikledning

Studienämnden Data

Industriell Marknadsföring & Supply Chain Management Dag 1 Introduktion Håkan Aronsson

För att du ska kunna lita på ditt Waratah-aggregat/utrustning i det dagliga arbetet

SKRÄDDARSYDDA LÖSNINGAR INOM PLÅTBEARBETNING

10:20-10:40 10:40-11:20 11:20-12: Lunch

Välkommen på utbildning!

WNT TOOL SUPPLY 24/7. Individuella lösningar för anskaffande av verktyg. December

Kortare väntetider, bättre utnyttjande av operationssalarna

TNSL05 Optimering, Modellering och Planering. Föreläsning 4

Effektiv Operativ Omplanering Av

Strategisk optimering av transporter och lokalisering. Hur matematisk optimering kan användas för att lösa komplexa logistikproblem

Optimering. Optimering

Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

MIO310 Optimering & Simulering. Kursansvarig: Universitetslektor Fredrik Olsson Produktionsekonomi Lunds tekniska högskola

David Marshall, CEAS President: Congratulations to the Swedish Society FTF for a fantastic conference.

Höga omdömen av utbildning i matematik vid Umeå universitets

Kurser inom profilen Teknisk matematik (Y)

Samverkansformer och resultat av FFI HP projekt vid tillverkning av transmissionsdetaljer

Formell Verifiering. Hur vet man att ett system fungerar korrekt? Lisa Kaati

Speciell användning av heltalsvariabler. Heltalsprogrammering. Antingen-eller-villkor: Exempel. Speciell användning av heltalsvariabler

Öka prestanda i Shared-Cache multi-core processorer

Magnus Berg Utvecklingsingenjör. Feb 2013 Verksamhetsoptimering SSAB Oxelösund

REALTIDSÖVERVAKNING, KONTROLL, STYRNING OCH PROAKTIV BESLUTSHANTERING AV VATTENLEDNINGSNÄT

TAOP33/TEN 2 KOMBINATORISK OPTIMERING GRUNDKURS

TNSL05 Optimering, Modellering och Planering. Föreläsning 2: Forts. introduktion till matematisk modellering

Operativsystem DVG A06. Definition. Varför operativsystem? - Vad är ett operativsystem?

Allmänt om projektet och validering av modellerna CFD-modeller Analyserade scenarier Tunnlar. CFD-modeller som ingår i studien.

Maskininvesteringar. Gör rätt från start. Låt oss hjälpas åt - för att få lönsamhet på din maskin. Mycket snabbare.

SAMORDNAD PLANERING AV TIDTABELL, LOK OCH VAGNAR FÖR LKAB

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Excellence i planering MAFs årskonferens Växjö. Mats Toftebrant CIO Eldon Claes Bengtsson Optimity

Grundläggande programmering med matematikdidaktisk inriktning för lärare som undervisar i gy eller komvux gy nivå, 7,5 hp

Optimering. Optimering av transportproblem. Linköpings universitet SL. Campusveckan VT2013

2D vs 3D? Nya gränssnitt för processindustrins kontrollrum En pilotstudie

Smart Industri Digitaliseringens möjligheter - Investering i Kompetens Göteborg Torsten Nordgren Director Future Factory and Business

Uppskatta ordersärkostnader för tillverkningsartiklar

CHALMERS ROCK PROCESSING SYSTEM

Fö relä sning 2, Kö system 2015

Bannister en milstolpe i idrottshistorien

Simuleringsbaserad optimering av tidtabeller (KAJT-projekt: FlexÅter) Johan Högdahl

7,5 högskolepoäng. Statistisk försöksplanering och kvalitetsstyrning. TentamensKod: Tentamensdatum: 30 oktober 2015 Tid: 9-13:00

Välkommen på utbildning!

QUEST TM Flödessimulering

S/4HANA Cloud för tillverkande industri möjligheter och utmaningar

Hitta k största bland n element. Föreläsning 13 Innehåll. Histogramproblemet

Regression med Genetiska Algoritmer

Industriell Marknadsföring & Supply Chain Management Dag 1 Introduktion Håkan Aronsson

Finns den optimala tågplanen?

Förstudie hos Företag X rörande Automatisk fastsättning av komponenter på skåpluckor

Sannolikhetsprognoser för nedisning på vindturbiner

Orderkvantitet med hjälp av ekonomiskt beräknad

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM. Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

Föreläsning 4. Fast position Projektplanering (CPM och PERT)

Optimeringslära Kaj Holmberg. Lösningar/svar. Iteration 2: x 2 s

Föreläsning 13 Innehåll

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Automation, additiv tillverkning och digitalisering

Kurskod: TAIU06 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TENA 17 August 2015, 8:00-12:00. English Version

Per Ola Post. Teknisk fysik Scania BT/ Toyota Konsult med specialiteten TPS. Gift, tre barn och två katter

TAOP33/TEN 2 KOMBINATORISK OPTIMERING GRUNDKURS för D och C

Reglering och Optimering av transportuppdrag. Volvo Construction Equipment

Grafisk teknik IMCDP IMCDP IMCDP. IMCDP(filter) Sasan Gooran (HT 2006) Assumptions:

Föreläsning 6. Lagerstyrning

Realtidssystem HT03. Vad är realtidssystem? Inbyggda system. Att programmera, Tasks (Uppgifter) Realtidssystem kräver analys

Kundundersökning mars Operatör: Norrtåg Trafikslag: Tåg Sträcka: T35 Umeå-Sundsvall

Presentationsupplägg. Komplexitet - för ökad förståelse av dynamik och integrationseffekter. Definitioner. Marknaden idag ställer ökande krav

Kostnadsoptimering genom rätta skärdata - Hur mycket pengar går att spara?

Vivianne Karlsson Trafikverket

Projektinformation TAOP61 Optimering av realistiska sammansatta system Projekt 4: Lösning av snöröjningsproblemet

Agenda. Syfte med datorbygge Datorns delar. Datorbygge. Moderkort Processor Minne och hårddisk Instickskort Övrigt

Produktionsplanering processbeskrivning och riktlinjer för Region Östergötland

Mejeriproduktionens miljöpåverkan. Johanna Berlin

Grafisk teknik IMCDP. Sasan Gooran (HT 2006) Assumptions:

Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB

Beräkna standardavvikelser för ledtider

Transkript:

Optimal schemaläggning vid produktion av flygmotorkomponenter Karin Thörnblad Industridoktorand Tillämpad optimering Logistikutveckling, Volvo Aero November 2010

Samarbete med Ann-Brith Strömberg, Matematiska Vetenskaper, Chalmers Tekniska Högskola och Göteborgs Universitet Michael Patriksson, Matematiska Vetenskaper, Chalmers Tekniska Högskola och Göteborgs Universitet Torgny Almgren, Volvo Aero, Trollhättan Stöd från Volvo Aero Vetenskapsrådet NFFP (Nationella flygforskningsprogrammet) Slide 2

Multitaskcellen på Volvo Aero Centralt verktygslager Multitaskmaskiner 3 Transportkran 1 Setupstationer 2 Manuell gradning Gradningsrobot 4 Incheckning/ Utcheckning Slide 3

Transportkran Transporter mellan lagerplats och arbetsstationer Slide 4

3 setupstationer Montering/demontering i och ut ur fixturer Slide 5

5 multitaskmaskiner Borrning, fräsning och svarvning Slide 6

Gradningsrobot Automatisk gradning Slide 7

Den logistiska verkligheten på Volvo Aero Dyra svårflyttbara maskiner Högvärda lågvolymsprodukter Dyra fixturer Extremt höga krav på kvalitet och mått-toleranser Komplexa produktflöden Supply chain Tillverkning Kunder Multitaskcellen: 8 olika produkter 30 olika jobb Slide 8

Routing av en produkt Varje produktionsorder följer en sk routing i planeringssystemet Ett jobb i multitaskcellen 3-5 ruttoperationer Multitaskjobb Operation utanför MTC Slide 9

Produktkön Planerad order Bearbetning utanför MTC v 0j, planerad ledtid från aktuell position till ankomst till multitaskcellen MT-cell In-checkat lager v jq, planerad ledtid från avslut av jobb j till ankomst till multitaskcellen för jobb q Slide 10

Nuvarande detaljplanering av multitaskcellen Manuell planering baserad på Earliest Due Date prioritetslista Andra prioriteringar p g a den rådande logistiska situationen FIFO prioriteringsregel (First In First Out) används i andra delar av fabriken Time (h) 0 10 20 30 40 50 60 Multitaskmaskiner MC1 MC2 MC3 7 81010 9 6 12 11 9 13 1 16 15 15 7 16 3 3 4 4 17 18 17 18 14 19 19 20 20 MC4 MC5 13 1 148 1112 2 5 2 6 5 Real production case Deburring and setup stations ManGr DBR MDM1 MDM2 8 109 7 10 10 1310 9 9 6 13 113 1 8 13 16 1 14 2 5 5 3 6 3 2 5 5 17 17 17 14 MDM3 67 10 811 9 12 101 11 1613 212 1 1514 3 8 59 129 36 11 1613 7 1711122 1 7 415 4 15 5 17 61614 182 4 18 414 3 6 3 21918 2018 20 17 14 19 20 20 Ruttoperationerna i de övriga resurserna läggs ut i ett möjligt schema. Slide 11

Matematisk modell med diskreta variabler 0 10 20 30 40 50 60 MC1 8 11 16 15 4 3 MC2 19 18 20 MC3 12 7 10 13 6 17 MC4 14 5 MC5 9 1 2 Schemats planeringshorisont delas in i T+1 diskreta tidssteg. Variabler: x jku 1 om jobb j ska starta tid u på maskin k 0 annars Startar jobbet vid tid u på maskin k? Ja Nej s j = färdigtidpunkt för jobb j h j s d, om s d, dvs försening av jobb j j j j j 0 annars Slide 12

Diskreta maskinproblemet Målfunktion: Minimera summan av sluttiderna och totala förseningen. Ett jobb ska utföras endast en gång Varje jobb kan bara tilldelas en tillåten maskin k Bara ett jobb i taget kan processas i maskin k Jobb q får startas först efter att jobb j avslutats + planerade ledtiden mellan jobben ifall de ska utföras för samma produktionsorder. Release date Maskintillgänglighet Definition av sluttid Definition av försening Binära variabler Slide 13

Time Testresultat 21 scenarier verkliga produktionsdata Insamlade under april augusti 2010 17 Real scenarios April - August 2010 Time distribution for data collections 16 15 14 13 12 11 10 9 8 Mo 1 Tu 2 We 3 Th 4 Fr 5 Weekday Slide 14

Genomförande Schemaläggning av de första 20 jobben i kön m h a Matematisk optimeringsmodell med målfunktion Minimera summan av sluttiderna och totala förseningen Jämförelse med schemaläggning enligt Earliest Due Date (EDD) prioriteringsregel First In First Out (FIFO) prioriteringsregel Shortest Processing Time (SPT) prioriteringsregel Slide 15

Varierande beläggning Variationen i antal incheckade jobb indikerar hur beläggningen varierat under perioden. 20 # jobs checked-in 15 10 5 0 Scenarios Slide 16

Computation times All computations have been carried out on a 4 Gb quad-core Intel Xeon 3.2 GHz system using AMPL-CPLEX12 Comparison of CPU times (seconds) (s) 1000000 ~3 months 100000 10000 1000 ~8 hours ~15 min Full engineer's model Divided engineer's model 100 10 1 5 10 15 20 Number of jobs Discrete machining + engineer's feas model Medelvärde av 21 verkliga scenarier < 2 min Slide 17

Beräkningsresultat Resultaten är givna som medelvärden per jobb. Genomloppstid = sluttid release date Schemaläggningsalgoritm Genomloppstid (h) Skillnad från optimala lösningen (h) Skillnad i försening (h) OPT #jobs checked-in 10 #jobs checked-in > 10 EDD #jobs checked-in 10 #jobs checked-in > 10 FIFO #jobs checked-in 10 #jobs checked-in > 10 SPT #jobs checked-in 10 #jobs checked-in > 10 27.7 29.1 26.4 31.1 31.6 30.6 34.2 36.2 32.4 29.4 30.6 28.3 3.4 2.5 4.2 6.5 7.1 6.0 1.7 1.5 1.9 0 0 2.9 2.4 3.3 6.5 7.3 5.8 2.1 1.7 2.4 Slide 18

Skillnad i försening och sluttider jämfört med optimala lösningen (i procent av medelgenomloppstid för optimala lösningen) 30% 25% 20% EDD (tardiness diff) EDD (compl time diff) FIFO (tardiness diff) FIFO (compl time diff) SPT (tardiness diff) SPT (compl time diff) 15% 10% Ca 3 h 5% 0% Mean all jobs Mean - # jobs checked-in <= 10 Mean - # jobs checked-in > 10 Slide 19

Tardiness (h) Förseningsresultat Förseningsresultat från ett fiktivt högvolymsscenario 90 80 70 60 50 40 30 Opt EDD FIFO 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Job number Slide 20

Kortsiktig schemaläggning Ingen kunskap finns tillgänglig om vilka jobb som är på väg till multitaskcellen (eller som finns längre ned i prioritetslistan) t 0 t 1 t 2 time Job 1 - MC1 & MC2 Job 2 - MC1 & MC 2 Job 3 - MC 2 t 0 t 1 t 2 time MC1 MC2 Job 1 - MC 1 & MC2 Job 2 MC1 & MC 2 Job 3 MC 2 Slide 21

Med framförhållning Den matematiska optimeringsmodellen tar hänsyn till alla jobb i kön vid skapandet av ett schema. t 0 t 1 t 2 time Job 1 - MC1 & MC2 Job 2 - MC1 & MC 2 Job 3 - MC 2 t 0 t 1 t 2 time MC1 MC2 Job 1 - MC 1 & MC2 Job 2 MC 1 & MC 2 Job 3 MC 2 Slide 22

Om man kunde titta in i framtiden t 0 t 1 t 2 time t 3 Job 1 - MC1 & MC2 Job 2 - MC1 & MC 2 Job 3 - MC 2 Job 4 - MC1 & MC2 t 0 t 1 t 2 time t 3 MC1 MC2 Job 1 - MC 1 & MC2 Job 2 MC1 & MC 2 Job 4 - MC1 & MC2 Job 3 MC 2 Förlorad kapacitet t 0 t 1 t 2 time t 3 MC1 MC2 Job 1 - MC 1 & MC2 Job 2 MC 1 & MC 2 Job 3 MC 2 Job 4 - MC1 & MC2 Slide 23

Scenario: 2010-08-12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 MC1 19 14 2 17 12 MC2 9 16 7 3 MC3 MC4 20 4 13 10 15 8 11 18 Opt results MC5 5 1 6 ManGr DBR MC1 MDM1 MC2 MDM2 MC3 MDM3 MC4 MC5 ManGr DBR MDM1 MDM2 MDM3 0 20 10 20 30 40 50 60 70 80 19 4 4 14 5 7 16 19 19 20 8 2014 4 20 9 5 13 10 2 414 1 13 5 20 4 8 5 13 20 13 9 2 10 15 1 8 11 6 17 9 11 2 10 1 3 12 18 155 1613 9 17 112 7 81016 615 12117 3 7 188 11 6 12 18 3 18 15 6 15 1 4 8 Mean completion time 28.1 h 27.2 h 19819 20 7 5 1314 4 167 1 171514 5 1813 216 917 3 6 15 1 18 10 2 11 9 12 6 3 10 11 18 OPT 2 SPT Tardiness diff (%) 0 % 17.1 % 9 6 3 10 11 12 3 Trolig förlorad kapacitet 12 Shortest Processing Time Slide 24

Handskas med förändringar Väntade händelser Nya produkter i kön Varianser i ledtid Oväntade händelser Maskin går sönder Operatör blir sjuk Produkt lämnar kön p g a kvalitetsavvikelse etc. Optimerat schema Oväntade händelser Ny optimeringsberäkning Frekvens: Beräkningstid skift När som helst < 15 min Slide 25

Fortsatt forskning Fler beräkningar med realistiska högvolymsscenarier Jämföra resultat med mer sofistikerade schemaläggningsalgoritmer Utvärdera robusthet Constraint programming Lagrange-relaxation Kolumngenerering Utveckla smart och snabb heuristik Mer realistisk modell: fixturer, bemanning etc. Förbättra målfunktionen Mer teori Bättre modell Mer tester Slide 26

Frågor eller kommentarer? Karin Thörnblad, industridoktorand karin.thornblad@volvo.com Slide 27