Computer integrated manufacturing control

Many manufacturing companies have long endured the problems associated with the presence of `islands of automation'. Due to rapid computerisation, `islands' such as Computer-Aided Design (CAD), Computer-Aided Manufacturing (CAM), Flexible Manufacturing Systems (FMS) and Material Requirement Planning (MRP), have emerged, and with a lack of co-ordination, often lead to inefficient performance of the overall system. The main objective of Computer-Integrated Manufacturing (CIM) technology is to form a cohesive network between these islands. Unfortunately, a commonly used approach - the centralised system approach, has imposed major technical constraints and design complication on development strategies. As a consequence, small companies have experienced difficulties in participating in CIM technology. The research described in this thesis has aimed to examine alternative approaches to CIM system design. Through research and experimentation, the cellular system approach, which has existed in the form of manufacturing layouts, has been found to simplify the complexity of an integrated manufacturing system, leading to better control and far higher system flexibility. Based on the cellular principle, some central management functions have also been distributed to smaller cells within the system. This concept is known, specifically, as distributed planning and control. Through the development of an embryo cellular CIM system, the influence of both the cellular principle and the distribution methodology have been evaluated. Based on the evidence obtained, it has been concluded that distributed planning and control methodology can greatly enhance cellular features within an integrated system. Both the cellular system approach and the distributed control concept will therefore make significant contributions to the design of future CIM systems, particularly systems designed with respect to small company requirements.

Computer integrated manufacturing (CIM) and the principle of business control

In response to the increasing international competitiveness, many manufacturing businesses are rethinking their management strategies and philosophies towards achieving a computer integrated environment. The explosive growth in Advanced Manufacturing Technology (AMI) has resulted in the formation of functional "Islands of Automation" such as Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Manufacturing (CAM), Computer Aided Process Planning (CAPP) and Manufacturing Resources Planning (MRPII). This has resulted in an environment which has focussed areas of excellence and poor overall efficiency, co-ordination and control. The main role of Computer Integrated Manufacturing (CIM) is to integrate these islands of automation and develop a totally integrated and controlled environment. However, the various perceptions of CIM, although developing, remain focussed on a very narrow integration scope and have consequently resulted in mere linked islands of automation with little improvement in overall co-ordination and control. This thesis, that is the research described within, develops and examines a more holistic view of CIM, which is based on the integration of various business elements. One particular business element, namely control, has been shown to have a multi-facetted and underpinning relationship with the CIM philosophy. This relationship impacts various CIM system design aspects including the CIM business analysis and modelling technique, the specification of systems integration requirements, the CIM system architectural form and the degree of business redesign. The research findings show that fundamental changes to CIM system design are required; these are incorporated in a generic CIM design methodology. The affect and influence of this holistic view of CIM on a manufacturing business has been evaluated through various industrial case study applications. Based on the evidence obtained, it has been concluded that this holistic, control based approach to CIM can provide a greatly improved means of achieving a totally integrated and controlled business environment. This generic CIM methodology will therefore make a significant contribution to the planning, modelling, design and development of future CIM systems.

An investigation into the use of knowledge representation in computer-integrated manufacturing

In a certain automobile factory, batch-painting of the body types in colours is controlled by an allocation system. This tries to balance production with orders, whilst making optimally-sized batches of colours. Sequences of cars entering painting cannot be optimised for easy selection of colour and batch size. `Over-production' is not allowed, in order to reduce buffer stocks of unsold vehicles. Paint quality is degraded by random effects. This thesis describes a toolkit which supports IKBS in an object-centred formalism. The intended domain of use for the toolkit is flexible manufacturing. A sizeable application program was developed, using the toolkit, to test the validity of the IKBS approach in solving the real manufacturing problem above, for which an existing conventional program was already being used. A detailed statistical analysis of the operating circumstances of the program was made to evaluate the likely need for the more flexible type of program for which the toolkit was intended. The IKBS program captures the many disparate and conflicting constraints in the scheduling knowledge and emulates the behaviour of the program installed in the factory. In the factory system, many possible, newly-discovered, heuristics would be awkward to represent and it would be impossible to make many new extensions. The representation scheme is capable of admitting changes to the knowledge, relying on the inherent encapsulating properties of object-centres programming to protect and isolate data. The object-centred scheme is supported by an enhancement of the `C' programming language and runs under BSD 4.2 UNIX. The structuring technique, using objects, provides a mechanism for separating control of expression of rule-based knowledge from the knowledge itself and allowing explicit `contexts', within which appropriate expression of knowledge can be done. Facilities are provided for acquisition of knowledge in a consistent manner.

Integrated manufacturing systems design in a multi-product company

Using a hydraulic equipment manufacturing plant as the case study, this work explores the problems of systems integration in manufacturing systems design, stressing the behavioural aspects of motivation and participation, and the constraints involved in the proper consideration of the human sub-system. The need for a simple manageable modular organisation structure is illustrated, where it is shown, by reference to systems theory, how a business can be split into semi-autonomous operating units. The theme is the development of a manufacturing system based on an analysis of the business, its market, product, technology and constraints, coupled with a critical survey of modern management literature to develop an integrated systems design to suit a specific company in the current social environment. Society currently moves through a socio-technical revolution with man seeking higher levels of motivation. The transitory environment from an autocratic/paternalistic to a participative operating mode demands systems parameters only found to a limited extent in manufacturing systems today. It is claimed, that modern manufacturing systems design needs to be based on group working, job enrichment, delegation of decision making and reduced job monotony. The analysis shows how negative aspects of cellular manufacture such as lack of flexibility and poor fixed asset utilisation are relatively irrelevant and misleading in the broader context of the need to come to terms with the social stresses imposed on a company operating in the industrial environment of the present and the immediate future.

Aspects of the design and control of manufacturing systems subject to demand uncertainty

The recent explosive growth in advanced manufacturing technology (AMT) and continued development of sophisticated information technologies (IT) is expected to have a profound effect on the way we design and operate manufacturing businesses. Furthermore, the escalating capital requirements associated with these developments have significantly increased the level of risk associated with initial design, ongoing development and operation. This dissertation has examined the integration of two key sub-elements of the Computer Integrated Manufacturing (CIM) system, namely the manufacturing facility and the production control system. This research has concentrated on the interactions between production control (MRP) and an AMT based production facility. The disappointing performance of such systems has been discussed in the context of a number of potential technological and performance incompatibilities between these two elements. It was argued that the design and selection of operating policies for both is the key to successful integration. Furthermore, policy decisions are shown to play an important role in matching the performance of the total system to the demands of the marketplace. It is demonstrated that a holistic approach to policy design must be adopted if successful integration is to be achieved. It is shown that the complexity of the issues resulting from such an approach required the formulation of a structured design methodology. Such a methodology was subsequently developed and discussed. This combined a first principles approach to the behaviour of system elements with the specification of a detailed holistic model for use in the policy design environment. The methodology aimed to make full use of the `low inertia' characteristics of AMT, whilst adopting a JIT configuration of MRP and re-coupling the total system to the market demands. This dissertation discussed the application of the methodology to an industrial case study and the subsequent design of operational policies. Consequently a novel approach to production control resulted. A central feature of which was a move toward reduced manual intervention in the MRP processing and scheduling logic with increased human involvement and motivation in the management of work-flow on the shopfloor. Experimental results indicated that significant performance advantages would result from the adoption of the recommended policy set.

Design, development and testing of a CAD integrated design for environment software tool.

The research described in this thesis was developed as part o f the Information Management for Green Design (IMA GREE) Project. The 1MAGREE Project was founded by Enterprise Ireland under a Strategic Research Grant Scheme as a partnership project between Galway Mayo Institute o f Technology and C1MRU University College Galway. The project aimed to develop a CAD integrated software tool to support environmental information management for design, particularly for the electronics-manufacturing sector in Ireland.

Computer Integrated Business: Theoretische und empirische Analyse der bisherigen Ansätze und zukünftigen Perspektiven

Die Arbeit stellt einen strukturellen Rahmen zur Einordnung sowohl bisheriger als auch zukünftiger organisationstheoretischer und DV-technologischer Entwicklungen zur Umsetzung eines Computer Integrated Business (CIB) bereit. Dazu analysiert sie bisherige Ansätze und zukünftige Perspektiven eines CIB mittels theoretischer und empirischer Bearbeitungsverfahren. Die Notwendigkeit zur Unternehmensintegration ergibt sich aus dem betriebswirtschaftlichen Konzept der Arbeitsteilung, über die das Phänomen der Economies of Scale erschlossen wird. Die Arbeitsteilung wurde zum Gestaltungskonzept in den Fabriken der industriellen Revolution. Komplexe Arbeitsgänge wurden in spezialisierte Teilaufgaben zerlegt und nach Möglichkeit auf maschinelle bzw. technologische Potentiale übertragen. Die Zielsetzung lag zunächst in der Automatisierung des Materialflusses, während der Informationsfluss noch lange Zeit im Hintergrund stand. Mittlerweile ermöglichen leistungsfähige DV-Systeme auch die Automatisierung des Informationsflusses und damit die DV-gestützte Integration des Unternehmens, die den Kern des CIB-Konzeptes darstellt. Das CIB-Konzept wurde Ende der achtziger Jahre am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation als Erweiterung des Computer Integrated Manufacturing (CIM) für Industrieunternehmen von Bullinger geprägt, jedoch in seiner Zielsetzung als Modell zur Totalintegration von Unternehmen danach nicht maßgeblich weiterentwickelt. Vielmehr wurden in der Folgezeit überwiegend Teilintegrationslösungen diskutiert, wie z. B. Konzepte zur Integration der Fertigung oder zur Unterstützung der Teamarbeit. Der Aspekt der umfassenden, unternehmensinternen Integration rückte Mitte der neunziger Jahre durch die an Popularität gewinnende Internet-Technologie an den Rand der wissenschaftlichen Diskussion. Erst nach dem Zusammenbruch der ersten Internet-Euphorie und der anschließenden wirtschaftlichen Rezession gewann das Integrationsthema am Anfang dieses Jahrzehnts mit Hinblick auf dadurch mögliche Kostenvorteile wieder an Bedeutung. Die Diskussion wurde jedoch mit starkem technologischem Fokus geführt (z. B. zum Thema Enterprise Application Integration) und Aspekte der Unternehmensorganisation wurden bestenfalls grob, jedoch nicht im Detail diskutiert. Die vorliegende Arbeit bearbeitet die CIB-Thematik umfassend sowohl aus unternehmensorganisatorischer als auch DV-technologischer Sicht und bewegt sich deshalb interdisziplinär zwischen den Wissenschaftsbereichen der Betriebswirtschaft und der Informatik. Die Untersuchung wird vor dem Hintergrund einer sozio-technologischen Unternehmensorganisation geführt, in der DV-technologische Potentiale neben humanen Potentialen zur Erreichung der Unternehmensziele eingesetzt werden. DV-technologische Potentiale übernehmen darin einerseits Integrationsaufgaben und werden andererseits aber selbst zum Integrationsziel. Die Herausforderung für die Unternehmensführung besteht in der Konfiguration des CIB und im Finden eines Gleichgewichts zwischen Arbeitsteilung und Integration auf der einen sowie humanen und technologischen Potentialen auf der anderen Seite, letztendlich aber auch in der Automatisierung der Integration. Die Automatisierung der Integration stellt mit Hinblick auf die durch Umweltveränderungen bedingte Konfigurationsanpassung ein bisher konzeptionell nur ansatzweise gelöstes Problem dar. Der technologischen Integrationsarchitektur sowie den verwendeten Methoden des Prozessdesigns und der Software-Entwicklung kommt bei der Lösung dieses Problems eine hohe Bedeutung zu. Über sie bestimmt sich die Anpassungsfähigkeit und geschwindigkeit des CIB. Es kann vermutet werden, dass eine Lösung jedoch erst erreicht wird, wenn sich die Unternehmensorganisation vom Konzept der zentralen Koordination abwendet und stattdessen an dezentralen Koordinationsmechanismen unter Verwendung ultrastabiler Anpassungsprogramme orientiert, wie sie z. B. in der Biologie bei Insektenkulturen untersucht wurden.

Implementació i validació en una PIME d’un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

Aquest projecte consisteix en implementar l’aplicació PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de procés i producció en Operacions de Mecanitzat) en una PIME. Aquest programa l’ha desenvolupat el grup de recerca de la UdG GREP i té com a principal objectiu ajudar a gestionar la planificació de processos de mecanitzat. La filosofia del programa és la de donar una solució personalitzada a cada PIME facilitant el desenvolupament d’aquesta. En aquest sentit, és on aquest treball pren una gran importància ja que s’ha treballat conjuntament amb una empresa del sector, Mecanitzats Privat, S.L., per tal d’ajustar el programa a la realitat, i determinar quins són els camps i paràmetres susceptibles de ser adaptats a cada empresa. Amb aquesta finalitat s’han determinat quins mòduls poden modificar-se sense afectar al funcionament intern del software, per tal de fer l’ús del programa més pràctic i àgil per a cada taller en concret. En aquest punt s’ha personalitzat el programa per a Mecanitzats Privat, S.L. i s’han marcat unes línies futures de treball per seguir fent el programa més adaptable, fent-ne de la personalització filosofia i valor del programa. A més a més, en aquesta relació entre el departament i l’empresa, a nivell de comercial i client s’han elaborat unes fitxes d’instal•lació. Aquestes pretenen ser una eina que ajudi a la presentació del PAPOM a les empreses a fi d’agilitzar el procés d’obtenció d’informació d’un petit sector de l’empresa per tal de realitzar una demostració ajustada a cada taller

Implementació i validació d'un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

El projecte s’emmarca en el sector de la planificació de la producció especialitzada en processos de mecanització per assistir a la presa de decisions a les PIMES del sector. S’integra en el desenvolupament del programa PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de Procés i producció en Operacions de Mecanitzat) desenvolupat pel grup de recerca GREP (Grup de Recerca en Enginyeria de Procés, Producte i Producció), centrant-se en l’estudi del càlcul dels temps de tall

Disseny i implementació d'un sistema per a la simulació de processos d'arranc [sic] de ferritja

L’objecte del projecte és crear una interfície capaç d’obtenir paràmetres dels processos d’escairat i ranurat, tals com l’avanç, la profunditat de passada i el número de passades en funció de la rugositat superficial i tenint en compte tant els diferents factors i restriccions entrats per l’usuari com els que van ser estudiats, al seu moment, pels autors G. Halvei i R.D. Weill. L’aplicació informàtica formarà part d’un programa de dimensions majors que oferirà el càlcul de totes les operacions d’arrencada de ferritja

Selecció dels paràmetres de fabricació per CN per obtenir acabats òptims mitjançant una eina CAM

L’ús dels sistemes CAD/CAM s’ha fet un lloc important a les indústries en què intervenen els processos de mecanització, ja que aquests softwares redueixen el temps per crear un programa de control numèric i permeten mecanitzar superfícies complicades de dues i tres dimensions. La introducció en el mercat d’aquests sistemes de fabricació assistida per ordinador ha fet que apareguessin un elevat nombre de paràmetres de control associats a cada un dels cicles de mecanització. L’elecció del cicle i dels paràmetres repercuteix també en el temps de tall, l’acabat superficial, la vida i el desgast de l’eina, i en el preu final de la peça entre d’altres. L’equip d’investigació del GREPP (Grup de Recerca en Enginyeria de Procés, Producte i Producció) va fer un estudi previ de diferents paràmetres, controlant quatre estratègies de mecanització i tres paràmetres de procés, del sistema CAM per tal d’obtenir el millor acabat superficial. L’objecte del projecte final de carrera és fer noves experimentacions de la investigació iniciada pel grup de recerca del GREPP, ampliant les geometries i algun factor de control per tal de tenir un major nombre de dades i així, poder saber el comportament que tenen aquests factors en el temps de tall i la rugositat superficial

Disseny i desenvolupament d’un sistema tecnològic de fabricació de “stents” cardiovasculars mitjançant làser

Els stents són unes pròtesis endovasculars. L’objectiu del projecte és el disseny i desenvolupament d’un utillatge que permeti la seva fabricació per tall làser. S’utilitzarà el làser del GREP (Grup de Recerca en Enginyeria de Producte, Procés i Producció) de la Universitat de Girona, el qual està instal•lat sobre el capçal d’un centre de mecanitzat convencional

Implementació i validació en una PIME d’un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

Aquest projecte consisteix en implementar l’aplicació PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de procés i producció en Operacions de Mecanitzat) en una PIME. Aquest programa l’ha desenvolupat el grup de recerca de la UdG GREP i té com a principal objectiu ajudar a gestionar la planificació de processos de mecanitzat. La filosofia del programa és la de donar una solució personalitzada a cada PIME facilitant el desenvolupament d’aquesta. En aquest sentit, és on aquest treball pren una gran importància ja que s’ha treballat conjuntament amb una empresa del sector, Mecanitzats Privat, S.L., per tal d’ajustar el programa a la realitat, i determinar quins són els camps i paràmetres susceptibles de ser adaptats a cada empresa. Amb aquesta finalitat s’han determinat quins mòduls poden modificar-se sense afectar al funcionament intern del software, per tal de fer l’ús del programa més pràctic i àgil per a cada taller en concret. En aquest punt s’ha personalitzat el programa per a Mecanitzats Privat, S.L. i s’han marcat unes línies futures de treball per seguir fent el programa més adaptable, fent-ne de la personalització filosofia i valor del programa. A més a més, en aquesta relació entre el departament i l’empresa, a nivell de comercial i client s’han elaborat unes fitxes d’instal•lació. Aquestes pretenen ser una eina que ajudi a la presentació del PAPOM a les empreses a fi d’agilitzar el procés d’obtenció d’informació d’un petit sector de l’empresa per tal de realitzar una demostració ajustada a cada taller

Implementació i validació d'un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

El projecte s’emmarca en el sector de la planificació de la producció especialitzada en processos de mecanització per assistir a la presa de decisions a les PIMES del sector. S’integra en el desenvolupament del programa PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de Procés i producció en Operacions de Mecanitzat) desenvolupat pel grup de recerca GREP (Grup de Recerca en Enginyeria de Procés, Producte i Producció), centrant-se en l’estudi del càlcul dels temps de tall