Modular simulation for line-less mobile assembly systems

Abstract

Dado o aumento na necessidade de produzir produtos customizados em lotes individuais, diferentes paradigmas de organização de produção tem sido investigados como uma alternativa a sistemas clássicos de montagem. Quando lidando com produção em massa, sistemas dedicados possuem diversas vantagens como menor tempo de processamento, custo reduzido e melhor eficiência. Entretanto, estes sistemas não foram desenvolvidos com o intuito de permitir a customização de produtos. Sua falta de flexibilidade a variações no produto resulta em custos elevados quando pequenos lotes de produtos customizados são produzidos. O conceito de Sistemas de Montagem móvel sem-linha (LMAS) é apresentado como uma solução para estes sistemas, adicionando mais um grau de liberdade para o conceito de reconfiguração de fábricas modernas. Em um LMAS, todas as entidades relevantes ao sistema são mobilizadas através do uso de veículos autônomos ao longo de todo o chão de fábrica. Assumindo um chão de fábrica livre de obstruções, recursos do sistema podem ser designados livremente e a organização de produção é determinada de acordo com o pedido a ser desenvolvido e os objetivos da empresa. Trabalhos anteriores desenvolveram diferentes abordagens ao problema de atribuição de tarefas e posicionamento de entidades. Entretanto, atualmente não existe uma plataforma de simulação adequada para validar o conceito de um LMAS. Este trabalho introduz uma plataforma de simulação modular para verificar este conceito e testar diferentes técnicas de planejamento e controle de produção. Um estudo de caso de LMAS é proposto, incluindo a seleção de recursos necessários para manipular e transportar partes e produtos através do chão de fábrica. Soluções para os problemas de representação de produto, controle de robôs e gerenciamento de frota no contexto de LMAS são propostas. A plataforma de simulação modular permite a simulação de diferentes configurações de chão de fábrica com um número variável de recursos. Testes então são realizados para validar a plataforma proposta. Resultados mostram que as soluções propostas podem ser integradas apropriadamente em uma plataforma que simula a montagem completa de um produto.

With the increase in consumer needs of customized and lot size 1 products, research has progressed in finding alternative organizational production paradigms to classic Dedicated Assembly Systems. Although such systems present plenty of advantages such as faster processing time, improved efficiency and cost decrease when dealing with large lot sizes, these systems were not designed with product customization in mind. Their lack of flexibility results in higher costs when small, customized lots are produced. As an alternative to such systems, Lineless Mobile Assembly System (LMAS), add an additional degree of freedom to the concept of reconfigurability in modern factories. In LMAS, all relevant entities are mobilized by the utilization of autonomous guided vehicles within the factory. Assuming a clean floor approach, resources can be freely allocated on the shop floor and the assembly line is compiled based on actual jobs, orders and objectives. Previous work has developed distinct approaches to job scheduling and entities positioning. However, currently there’s no suitable platform to validate the LMAS concept. This work presents a modular simulation platform to verify the feasibility the LMAS concept and test different production planning and control techniques. A LMAS case study is proposed, along with resources to manipulate and transport parts and products throughout the shop floor. Solutions to product representation, robot control and fleet management issues are presented. The modular simulation platform enables simulation of different shop floor configurations with a varying number of resources. Tests are then realized to validate the platform proposed. Results showed that the solutions proposed can be integrated properly into a platform that simulates the complete assembly of a product.