A Multi Ant Colony Optimization algorithm for a Mixed Car Assembly Line

This paper presents an ant colony optimization algorithm to sequence the mixed assembly lines considering the inventory and the replenishment of components. This is a NP-problem that cannot be solved to optimality by exact methods when the size of the problem growth. Groups of specialized ants are implemented to solve the different parts of the problem. This is intended to differentiate each part of the problem. Different types of pheromone structures are created to identify good car sequences, and good routes for the replenishment of components vehicle. The contribution of this paper is the collaborative approach of the ACO for the mixed assembly line and the replenishment of components and the jointly solution of the problem.

MILP for the inventory and routing problem for replenishment the car assembly line.

The inbound logistic for feeding the workstation inside the factory represents a critical issue in the car manufacturing industry. Nowadays, this issue is even more critical than in the past since more types of car are being produced in the assembly lines. Consequently, as workstations have to install many types of components, they also need to have an inventory of different types of the component in a compact space. The replenishment is a critical issue since a lack of inventory could cause line stoppage or reworking. On the other hand, an excess of inventory could increase the holding cost or even block the replenishment paths. The decision of the replenishment routes cannot be made without taking into consideration the inventory needed by each station during the production time which will depend on the production sequence. This problem deals with medium-sized instances and it is solved using online solvers. The contribution of this paper is a MILP for the replenishment and inventory of the components in a car assembly line.

Optimal production planning for PCB assembly

It is indisputable that printed circuit boards (PCBs) play a vital role in our daily lives. With the ever-increasing applications of PCBs, one of the crucial ways to increase a PCB manufacturer’s competitiveness in terms of operation efficiency is to minimize the production time so that the products can be introduced to the market sooner. Optimal Production Planning for PCB Assembly is the first book to focus on the optimization of the PCB assembly lines’ efficiency. This is done by: • integrating the component sequencing and the feeder arrangement problems together for both the pick-and-place machine and the chip shooter machine; • constructing mathematical models and developing an efficient and effective heuristic solution approach for the integrated problems for both types of placement machines, the line assignment problem, and the component allocation problem; and • developing a prototype of the PCB assembly planning system. The techniques proposed in Optimal Production Planning for PCB Assembly will enable process planners in the electronics manufacturing industry to improve the assembly line’s efficiency in their companies. Graduate students in operations research can familiarise themselves with the techniques and the applications of mathematical modeling after reading this advanced introduction to optimal production planning for PCB assembly.

PCB assembly line assignment:a genetic algorithm approach

Purpose – This paper sets out to study a production-planning problem for printed circuit board (PCB) assembly. A PCB assembly company may have a number of assembly lines for production of several product types in large volume. Design/methodology/approach – Pure integer linear programming models are formulated for assigning the product types to assembly lines, which is the line assignment problem, with the objective of minimizing the total production cost. In this approach, unrealistic assignment, which was suffered by previous researchers, is avoided by incorporating several constraints into the model. In this paper, a genetic algorithm is developed to solve the line assignment problem. Findings – The procedure of the genetic algorithm to the problem and a numerical example for illustrating the models are provided. It is also proved that the algorithm is effective and efficient in dealing with the problem. Originality/value – This paper studies the line assignment problem arising in a PCB manufacturing company in which the production volume is high.

Programming chemical kinetics: engineering dynamic reaction networks with DNA strand displacement

Over the last century, the silicon revolution has enabled us to build faster, smaller and more sophisticated computers. Today, these computers control phones, cars, satellites, assembly lines, and other electromechanical devices. Just as electrical wiring controls electromechanical devices, living organisms employ "chemical wiring" to make decisions about their environment and control physical processes. Currently, the big difference between these two substrates is that while we have the abstractions, design principles, verification and fabrication techniques in place for programming with silicon, we have no comparable understanding or expertise for programming chemistry.

In this thesis we take a small step towards the goal of learning how to systematically engineer prescribed non-equilibrium dynamical behaviors in chemical systems. We use the formalism of chemical reaction networks (CRNs), combined with mass-action kinetics, as our programming language for specifying dynamical behaviors. Leveraging the tools of nucleic acid nanotechnology (introduced in Chapter 1), we employ synthetic DNA molecules as our molecular architecture and toehold-mediated DNA strand displacement as our reaction primitive.

Abstraction, modular design and systematic fabrication can work only with well-understood and quantitatively characterized tools. Therefore, we embark on a detailed study of the "device physics" of DNA strand displacement (Chapter 2). We present a unified view of strand displacement biophysics and kinetics by studying the process at multiple levels of detail, using an intuitive model of a random walk on a 1-dimensional energy landscape, a secondary structure kinetics model with single base-pair steps, and a coarse-grained molecular model that incorporates three-dimensional geometric and steric effects. Further, we experimentally investigate the thermodynamics of three-way branch migration. Our findings are consistent with previously measured or inferred rates for hybridization, fraying, and branch migration, and provide a biophysical explanation of strand displacement kinetics. Our work paves the way for accurate modeling of strand displacement cascades, which would facilitate the simulation and construction of more complex molecular systems.

In Chapters 3 and 4, we identify and overcome the crucial experimental challenges involved in using our general DNA-based technology for engineering dynamical behaviors in the test tube. In this process, we identify important design rules that inform our choice of molecular motifs and our algorithms for designing and verifying DNA sequences for our molecular implementation. We also develop flexible molecular strategies for "tuning" our reaction rates and stoichiometries in order to compensate for unavoidable non-idealities in the molecular implementation, such as imperfectly synthesized molecules and spurious "leak" pathways that compete with desired pathways.

We successfully implement three distinct autocatalytic reactions, which we then combine into a de novo chemical oscillator. Unlike biological networks, which use sophisticated evolved molecules (like proteins) to realize such behavior, our test tube realization is the first to demonstrate that Watson-Crick base pairing interactions alone suffice for oscillatory dynamics. Since our design pipeline is general and applicable to any CRN, our experimental demonstration of a de novo chemical oscillator could enable the systematic construction of CRNs with other dynamic behaviors.

Training and assignment of multi-skilled workers for implementing seru production systems

Confronted with high variety and low volume market demands, many companies, especially the Japanese electronics manufacturing companies, have reconfigured their conveyor assembly lines and adopted seru production systems. Seru production system is a new type of work-cell-based manufacturing system. A lot of successful practices and experience show that seru production system can gain considerable flexibility of job shop and high efficiency of conveyor assembly line. In implementing seru production, the multi-skilled worker is the most important precondition, and some issues about multi-skilled workers are central and foremost. In this paper, we investigate the training and assignment problem of workers when a conveyor assembly line is entirely reconfigured into several serus. We formulate a mathematical model with double objectives which aim to minimize the total training cost and to balance the total processing times among multi-skilled workers in each seru. To obtain the satisfied task-to-worker training plan and worker-to-seru assignment plan, a three-stage heuristic algorithm with nine steps is developed to solve this mathematical model. Then, several computational cases are taken and computed by MATLAB programming. The computation and analysis results validate the performances of the proposed mathematical model and heuristic algorithm. © 2013 Springer-Verlag London.

The cost estimate for a novel cheap solar cell

The estimate for the lowest cost of SODL (silicon on defect layer) solar cell is made according to the price standard of present market. The estimate shows that the PV (photovoltaics) energy costs can be reduced from today's 25-30 cents/(kW h) to 7-8 cents/(kW h) which is comparable with the present cost of electricity generated by traditional energy sources such as fossil and petroleum fuels. The PV energy costs could be reduced to a value lower than 7-8 cents(kW h) by developing SODL technology. The SODL solar cell manufacture featuring simple processes is suitable to large scale automated assembly lines with high yield of large area cells. Some new ideas are suggested, favoring the further reduction in the cost of commercial solar cells.

基于RFID的混流装配汽车生产线物料动态配送研究

针对混流装配的汽车自动化生产线提出了基于RFID的车辆追踪和基于条码的无线物料库存管理实现方法。在此基础上,设计了装配生产线的物料动态配送调度业务流程,给出了物料动态配送的规划依据,并进行了实例计算。

Modeling the structural breakdown of solder paste using the structural kinetic model

Solder paste is the most important strategic bonding material used in the assembly of surface mount devices in electronic industries. It is known to exhibit a thixotropic behavior, which is recognized by the decrease in apparent viscosity of paste material with time when subjected to a constant shear rate. The proper characterization of this time-dependent rheological behavior of solder pastes is crucial for establishing the relationships between the pastes structure and flow behavior; and for correlating the physical parameters with paste printing performance. In this article, we present a novel method which has been developed for characterizing the time-dependent and non-Newtonian rheological behavior of solder pastes and flux mediums as a function of shear rates. We also present results of the study of the rheology of the solder pastes and flux mediums using the structural kinetic modeling approach, which postulates that the network structure of solder pastes breaks down irreversibly under shear, leading to time and shear-dependent changes in the flow properties. Our results show that for the solder pastes used in the study, the rate and extent of thixotropy was generally found to increase with increasing shear rate. The technique demonstrated in this study has wide utility for R&D personnel involved in new paste formulation, for implementing quality control procedures used in solder-paste manufacture and packaging; and for qualifying new flip-chip assembly lines.

Montagem de câmaras de vigilância: o problema do balanceamento

Este relatório apresenta o estudo de duas linhas de montagem de câmaras de vigilância da empresa Bosch Security Systems, S.A. de Ovar. Numa primeira fase procedeu-se à elaboração das listas de tarefas e respectivas precedências, seguindo-se a medição de trabalho, com o intuito de se actualizarem os tempos padrão existentes. Procedeu-se à comparação dos tempos obtidos com os que se encontravam em vigor de modo a perceber as diferenças e motivos das mesmas. Numa segunda fase, realizaram-se balanceamentos para as duas linhas tendo como cenários a manutenção das duas linhas e a possibilidade da sua junção numa linha única. Analisaram-se todos os resultados e efectuou-se um levantamento do investimento necessário associado a cada um dos cenários. Realizou-se deste modo uma análise de viabilidade com vista ao apoio à decisão. Por fim, realizou-se o workshop Lean Line Design que teve como resultado a configuração física da linha final. Este projecto permitiu chegar a resultados aliciantes, com ganhos a vários níveis. Constituiu mais uma acção de melhoria da empresa, levando-a a rectificar lacunas existentes e ao cumprimento de procedimentos ergonómicos que já se encontravam definidos.

Estratégias e internacionalização na manutenção e produção

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Melhoria/simplificação ergonómica de linhas de montagem

Hoje em dia, com os avanços constantes na indústria, novas áreas começam cada vez mais a ser foco de atenção por parte das organizações. Motivados pela procura de melhores condições para os seus colaboradores e por todos os benefícios que este tipo de intervenção oferece, tanto a curto, como principalmente a médio e longo prazo, a Grohe Portugal, mais especificamente o seu departamento de montagem, achou relevante potenciar a aplicação da Ergonomia nos seus postos de trabalho. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da organização que teve como objetivo projetar e executar uma linha de montagem que tivesse em consideração os seguintes aspetos: • Ergonomia; • Automatização ou semi-automatização de operações; • Simplificação de aspetos operacionais; • Sistemas de abastecimento mais robustos e de fácil uso; • Simplificação de setups; • Definição de dimensões normalizadas para futuros projetos. As soluções encontradas tiveram como objetivo primordial satisfazer o maior número possível de colaboradores, sendo que para tal foram utilizados dados referentes a antropometria da população Portuguesa. Para a realização e conclusão deste projeto, o trabalho foi decomposto em varias etapas, de entre as quais se destacam: • Analise e estudo dos métodos de montagem; • Levantamento de todos os componentes e operações que constituem o processo de fabrico das diversas famílias onde foram implementados novos projetos; • Definição e uniformização da estrutura das novas linhas de montagem; • Estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como da sua forma de abastecimento; • Projeto da linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks (DassaultSystemes, 2014); • Montagem final da linha, bem como o acompanhamento da sua fase de arranque. Durante o estagio foi ainda pensado e implementado um projeto paralelo com vista a constante manutenção e melhoria do departamento de montagem cujo objetivo, através de “plant walks”, e detetar de entre outras, situações de falta de identificação de componentes ou equipamentos, degradação de ferramentas, fugas ou derrames nas linhas, etc. O balanco final do trabalho foi bastante positivo, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento e condições ergonómicas dos postos de trabalho que sofreram intervenção, tendo essas melhorias resultado numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que integram essas mesmas linhas.

Melhoria e automação de linhas de montagem

Hoje em dia, e com os avanços tecnológicos a surgirem de forma constante, existem novas áreas que têm de ser consideradas com um foco importante por parte de todas as organizações, sendo uma delas a robótica industrial. Motivada em aumentar o seu output, as condições de trabalho para os seus colaboradores, bem como todas as condições de organização da logística interna, a Grohe Portugal, mais especificamente o departamento da montagem, achou relevante fazer um estudo de métodos e tempos, calculando os ganhos potenciais de aumento de output com introdução de robótica nas linhas dos cartuchos. Os objetivos principais seriam então, fazer uma restruturação de todo o layout dessas linhas, tendo como foco automatizar alguma(s) operação(ões), conseguindo assim uma melhoria significativa do output dessas linhas com o menor payback possível. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da Grohe Portugal, que teve como objetivo fazer os estudos e a automatização de linhas de montagem de cartuchos, bem como melhorar algumas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos. Relativamente à automatização da linha dos cartuchos, foi importante estudar todos os seguintes aspetos:  utilização de unidades robóticas;  ergonomia;  ganhos de produtividade;  automatizar ou semi-automatizar operações;  simplificar processos de montagem;  simplificar setups;  solicitar orçamentos;  elaborar caderno de encargos. Para a realização deste projeto, o trabalho desenvolvido foi decomposto em várias etapas, entre as quais se destacam:  análise e estudo dos métodos e sequências de montagem;  levantamento de todos os componentes e operações de montagem até à obtenção do cartucho final;  estudo de tempos de todas essas operações de montagem;  caraterização de um novo layout para as linhas com a introdução de unidades robóticas, tanto quanto possível, mais adequadas;  elaboração de caderno de encargos para ser enviado a empresas, para estas poderem apresentar uma orçamentação, bem como indicar as unidades robóticas mais adequadas para as tarefas pretendidas;  automatização da linha dos cartuchos. Relativamente ao projeto de novas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos, de forma a melhorar os sistemas de abastecimento e as condições de trabalho por parte dos operadores, foram postos em prática diferentes passos, nomeadamente:  identificação de todos os processos de montagem realizados pelos operadores na linha a melhorar;  estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como a sua forma de abastecimento;  projeto da nova linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks;  realização prática da linha, acompanhando e ajudando a equipa da ferramentaria. O balanço final do trabalho foi bastante positivo, tanto na automatização das linhas de montagem dos cartuchos, em que todo o seu estudo foi alcançado com sucesso, como no melhoramento ergonómico das linhas de montagem, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento, organização das linhas, e nas condições de iluminação, resultando essas melhorias numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que nelas trabalham todos os dias.

Estudo de problemas de corrosão em cabos de aço zincado

As cablagens metálicas são aplicadas abundantemente na montagem dos automóveis, para accionamento de diversos dispositivos, tais como a abertura de portas, abertura da mala ou da tampa do motor, abertura do tampão do depósito de combustível, accionamento do travão de mão, etc. Nas cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel é comummente utilizado arame entrançado de aço zincado, o qual foi já estudado resistir à agressividade das condições em que habitualmente trabalham. No entanto, para que esta estabilidade de funcionamento exista, torna-se necessário que a qualidade do arame entrançado seja a mais adequada. O presente trabalho surgiu da necessidade de averiguar quais as razões que estariam por detrás do aparecimento de quantidades relativamente abundantes de Óxido de Zinco (ZnO) em cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel, poucas semanas depois do seu fabrico. O estudo foi levado a cabo com vista a satisfazer as necessidades de investigação deste problema por parte de uma empresa de cablagens metálicas instalada no nosso país, a FicoCables, estabelecendo quais as causas-raiz deste problema, com vista a poder evitálo no futuro. O trabalho foi concluído com sucesso, tendo-se averiguado que existiam lacunas graves de limpeza do cabo entre as operações de conformação do arame e de zincagem, com deposição de elementos potenciadores do Óxido de Zinco na interface, os quais viriam a revelar-se cruciais à posteriori, para a nucleação e desenvolvimento do Óxido de Zinco na superfície do cabo.

Melhoria do planeamento e abastecimento à montagem

Para conseguir responder às exigências atuais dos mercados, as indústrias necessitam de ser flexíveis, ou seja, é necessário terem a capacidade de adaptar o seu funcionamento e os seus produtos às alterações que se sucedem. Como forma de responder a este facto, o funcionamento da empresa assenta numa produção flexível para conseguir que os seus produtos que abranjam diferente o maior número possível de clientes. No entanto esta metodologia tem apresentado alguns problemas na sua implementação, por isso com o objetivo de obter uma produção mais eficaz e eficiente, a empresa tem canalizado esforços para a melhoria contínua das linhas de montagem. O trabalho desenvolvido na FUTE está enquadrado com a melhoria contínua e visa o processo de abastecimento dos diversos materiais necessários para a produção, característica fundamental para que as linhas possam produzir de forma contínua. Este estudo iniciou-se por analisar o método de abastecimento e identificar os seus problemas e causas, para que posteriormente com o auxílio dos conhecimentos adq uiridos, fosse possível conceber soluções. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram que as melhorias implementadas a nível de organização de armazéns, métodos de trabalho e meios de transporte de materiais permitem diminuir o tempo e os recursos necessários durante o processo de abastecimento, além de melhorar condições de trabalho dos operários.