Înţelegerea timpului de configurare în magazinul de flux

Programarea magazinului flow este o provocare esenţială în procesul de fabricaţie, unde mai multe locuri de muncă trebuie prelucrate pe o serie de maşini în aceeaşi ordine. Obiectivul este de a găsi o secvenţă care minimizează timpul total de finalizare, cunoscut sub numele de makepan, sau alte indicatori de performanţă. Printre multe variabile care influenţează programarea optimă, timpii de configurare se remarcă ca un factor critic, dar adesea subestimat.

Timpul de configurare se referă la perioada necesară pentru pregătirea unei mașini pentru prelucrarea unui nou loc de muncă. Aceasta include activități precum schimbarea uneltelor de tăiere, reconfigurarea jigs și echipamente, încărcarea noi programe, curățarea reziduurilor, și ajustarea temperaturii sau setări de presiune. În unele industrii, timpii de configurare pot reprezenta până la 30% din timpul total de producție, ceea ce face gestionarea lor esențială pentru eficiență.

Tipuri de timpi de configurare

Timpii de configurare pot fi clasificaţi pe baza dependenţei lor de secvenţa de locuri de muncă. Timpurile de configurare independente de consecinţă sunt constante pentru un loc de muncă dat, indiferent de locul de muncă anterior. De exemplu, curăţarea unui mixer după orice lot poate dura în acelaşi timp. Spre deosebire de, ]timpurile de configurare dependente de secvenţă variază în funcţie de ordinea locurilor de muncă. Schimbarea de la o culoare uşoară la o culoare închisă pe o presă de imprimare poate necesita mai puţină curăţare decât invers. Secvenţa-dependente sunt mai dificile pentru modelare şi optimizare, dar ele reflectă condiţiile reale din multe medii de producţie.

Timpi de configurare de măsurare

Măsurarea exactă este primul pas spre ameliorare. Companiile folosesc studii de timp și mișcare, captarea automată a datelor de la controlorii de mașini, și observarea manuală pentru a înregistra durate de configurare. Aceste măsurători se hrănesc în algoritmi de programare și ajută la identificarea blocajelor.metricile comune includ timpul mediu de configurare pe loc de muncă, timpul de configurare ca procent din timpul total de procesare, și raportul de interne (performat în timp ce mașina este oprit) la extern (performat în timp ce mașina este difuzate) de stabilire a activităților.

Impactul timpului de configurare asupra eficienței de proiectare

Ignorarea timpului de configurare în programarea magazinului de flux poate duce la secvenţe suboptime care cresc timpul de inactivare, lungesc makepan-ul şi ridică costurile. Când setările sunt lungi, programatorul trebuie să echilibreze compromisul între gruparea locurilor de muncă similare pentru a reduce setările şi datele de întâlnire pentru diferiţi clienţi.

Efecte asupra efectului de levier și a makespan

Într-un magazin de flux, makepan este timpul de la începutul primului loc de muncă până la finalizarea ultimului loc de muncă pe ultima mașină. Timpii de configurare mare umfla makepan direct. Mai mult decât atât, în cazul în care setapsele sunt dependente de secvență, o secvență ineficientă poate provoca o cascadă de întârzieri. De exemplu, un loc de muncă care necesită o configurare lungă pe primul aparat va împinge înapoi toate locurile de muncă ulterioare pe acea mașină, eventual în aval mașini. Studii arată că neglijarea timpilor de configurare poate crește makepan cu 15% ?40% în magazinele de flux practice.

Efecte asupra costurilor de producție

Timpii de instalare mai lungi sunt maşini neproductive pentru perioade lungi. Aceasta reduce capacitatea efectivă a magazinului, forţând companiile să investească în maşini suplimentare sau ore suplimentare pentru a satisface cererea. Costurile muncii cresc de asemenea deoarece operatorii pot fi inactivi în timpul configuraţiilor sau necesită plata primelor pentru trecerea orelor libere. Costurile indirecte includ tampoane de inventarare crescute pentru a acoperi incertitudinea de programare. Prin reducerea timpului de configurare şi încorporarea lor în optimizare, producătorii pot reduce semnificativ costurile per unitate.

Efecte asupra timpului de plumb și satisfacția clienților

Timpul de plumb cuprinde tot timpul de la plasarea comenzii la livrare. Timpi de configurare extinsă crește variabilitatea timp de plumb, ceea ce face mai greu de citat date de livrare exacte. Livrările târziu daune încredere client și poate suporta sancțiuni. Programare eficientă care conturi pentru configurații ajută la stabilizarea timpilor de plumb, permițând companiilor să ofere promisiuni de livrare competitive, fiabile. În medii make-to-order, acest lucru este deosebit de critic.

Modelarea matematică a timpului de configurare în fluxul de magazin Scheduling

Pentru a optimiza un magazin de flux cu setup-uri, problema trebuie formalizată matematic. Modelul clasic de magazin de flux presupune doar timpi de procesare. Cu timpi de configurare, modelul devine mai complex, mai ales atunci când setările sunt dependente de secvență.

Timpi de configurare secvențio-dependenti (DSST)

Într-un magazin de flux SDST, timpul de configurare pe o mașină depinde de locul de muncă doar finalizat și următorul loc de muncă care urmează să fie prelucrate. Acest lucru poate fi reprezentat de o matrice S[ în cazul în care elementul sij este timpul de configurare atunci când locul de muncă i precede locul de muncă j. Problema optimizării devine o variantă a problemei vânzătorului călător (TSP) pentru fiecare mașină, cu constrângere suplimentară de ordine de muncă consistentă în mașini. Aceasta este NP-hard, și metode exacte pot rezolva doar mici cazuri.

Modele de programare liniară mixtă (MILP)

Formularile MILP pentru programarea magazinului de flux cu setări folosesc variabile binare pentru a reprezenta secvenţe de locuri de muncă şi variabile continue pentru început şi sfârşit. Constrângerile impun ca fiecare loc de muncă să fie procesat o dată, că maşinile procesează locuri de muncă în aceeaşi ordine (permutation flowshop), şi că o configurare pe un aparat apare înainte de începerea unui loc de muncă. Funcţiile obiective minimizează de obicei makepan sau întârzieri totale. Rezolvatorii comerciali, cum ar fi CPLEX sau Gurobi pot rezolva probleme moderate-dimensionate, dar pentru mari cazuri industriale, abordările euristice sunt necesare.

Optimizarea Algoritmile Contabilizarea pentru Timpurile de configurare

Având în vedere complexitatea, cercetătorii și practicienii au dezvoltat numeroși algoritmi de la exact la aproximativ

Extensiile de reguli ale lui Johnson

Pentru magazinul cu două mașini fără configurații, regula lui Johnson oferă o secvență optimă. Extensii care încorporează timpi mici de configurare există, dar acestea sunt limitate. O abordare tratează timpii de configurare ca parte a timpilor de procesare sau folosește reguli de clasificare modificate. Pentru magazinele cu flux mai mare, regula lui Johnson se aplică rar direct.

NEH Euristic cu analiza de configurare

Euristica NEH este una dintre cele mai eficiente metode constructive pentru programarea fluxului de permutare. Începe prin sortarea locurilor de muncă până la timpul total de procesare, apoi introduce locuri de muncă unul câte unul în cea mai bună poziție. Pentru a ține cont de setările, costul de inserție este calculat utilizând timpul total (prelucrare + configurare) pentru fiecare secvență parțială. Varianții NEH care consideră setup-uri dependente de secvență au fost demonstrate pentru a produce soluții de înaltă calitate rapid. Resursa externă: NEH huristic pe Wikipedia.

Metaheuristica: Algoritmi genetice și annaliere simulată

Metaheuristica sunt utilizate pe scară largă pentru probleme mari de flux magazin SDST. Un algoritm genetic codifică secvenţele de locuri de muncă ca cromozomi şi utilizează crossover şi operatorii mutaţii pentru a explora spaţiul soluţiei. Funcţia de fitness calculeaza makepan inclusiv timpi de configurare. Simulat anneling iterativ perturbează secvenţa şi acceptă soluţii mai bune, plus unele mai rele pentru a evita optimiza locale. Optimizarea şi căutarea tabu particule sunt, de asemenea, comune. Aceste metode pot ocupa sute de locuri de muncă şi maşini şi produce aproape-optime în timp rezonabil.

Strategii de minimizare a timpului de configurare

Dincolo de optimizare, reducerea timpului de configurare fizică este o pârghie puternică. Configurațiile mai scurte fac programarea mai ușoară și îmbunătățește flexibilitatea magazinului.

MMD (schimb unic de murături)

Dezvoltat de Shigeo Shingo pentru Toyota, SMD are ca scop reducerea timpului de configurare la mai puţin de zece minute. Se distinge între ] configurarea internă[] (performată în timp ce aparatul este oprit) şi configurarea externă (făcută în timp ce maşina funcţionează). Metoda transformă paşii interni în paşi externi, eficientizează restul paşilor şi standardizează procedurile. Companiile au raportat reduceri de configurare de 50%

Gruparea locurilor de muncă și fabricarea celulară

În procesul de grupare a locurilor de muncă prin similaritate în scule, materiale sau procese reduce necesitatea de schimbări majore. În fabricarea celulară, mașinile sunt aranjate în celule dedicate familiilor de piese. Într-o celulă, setările între membrii familiei sunt minime. Această abordare, combinată cu programarea care procesează familii întregi împreună, reduce dramatic timpul total de configurare.

Automatizare și standardizare

Schimbători automate de instrumente, dispozitive de schimbare rapidă, și controlere programabile de mașini reduce implicarea umană și durata de configurare. Instrucțiuni de lucru standardizate și formare a operatorilor asigura coerența. Sistemele de achiziție de date pot urmări timpii de configurare și evidenția domenii pentru îmbunătățire.

Studiu de caz: Reducerea timpului de configurare într-un producător de piese auto

Un furnizor de componente auto a operat un magazin de flux cu cinci mașini CNC. Timpii de configurare au fost în funcție de secvență, în medie 25 minute pe trecerea la schimb. Analizele au arătat că setările au reprezentat 35% din timpul total de schimbare. Compania a implementat SMD, convertind 60% din etapele de configurare internă la exterior (de exemplu, instrumente de pre-stare, compensații de pre-setare). De asemenea, au grupat locuri de muncă pe clase materiale și cerințe de scule. Un nou programator bazat pe NEH a încorporat matricea redusă de configurare. Pe parcursul a șase luni, timpul mediu de configurare a scăzut la 11 minute, makepan a scăzut cu 22%, iar livrarea în timp s-a îmbunătățit de la 78% la 96%. Software-ul utilizat a fost construit pe principiile descrise într-un studiu de optimizare a fluxului SDST de Ribas et al..

Concluzie

Timpii de configurare sunt un factor decisiv în optimizarea orarului de flux magazin. Ele influențează makepan, costuri, timpi de plumb și satisfacția clienților. Producătorii trebuie să măsoare mai întâi și să înțeleagă modelele lor de configurare. În special secvența depinde de variabilele de bază, atunci aplica modele matematice adecvate și algoritmi de optimizare pentru a programa în mod eficient. Combinat cu tehnici de reducere fizică, cum ar fi IMMD, grupare, și automatizare, companiile pot obține câștiguri substanțiale în transput și responsivitate. Integrarea datelor de configurare în sistemele de planificare a producției nu este opțională; este o bază pentru fabricarea competitivă în medii de înaltă mix, volum redus.