Organisatie van het productieproces
DEEL I: FACILITIES DESIGN ....................................................................................................................... 1
INLEIDING ............................................................................................................................................ 1
Doksysteem = vaste plaats layout ................................................................................................... 2
functionele lay-out (= Jobshop, process layout) ............................................................................. 3
flowproductie (= product layout) .................................................................................................... 4
Celproductie (Group technology based layout) .............................................................................. 5
Continue productie.......................................................................................................................... 7
Hybride layouts................................................................................................................................ 7
Types layouts vs locatie KOOP......................................................................................................... 7
Belang van layout beslissingen ........................................................................................................ 8
FUNCTIONELE LAYOUT PLANNING: DATA ........................................................................................... 9
Kwantitatieve flow data .................................................................................................................. 9
Kwalitatieve flow data ..................................................................................................................... 9
FUNCTIONELE LAYOUT PLANNING: METHODEN............................................................................... 11
Kwantitatieve methoden ............................................................................................................... 11
Lineair toewijzingsporbleem ..................................................................................................... 12
Kwadratische toewijzingsprobleem: formulering ..................................................................... 12
Kwalitatieve methoden ................................................................................................................. 16
GROUP TECHNOLOGY........................................................................................................................ 18
Row-and-column making algoritme (R&CM) ................................................................................ 18
Rank-order-clustering algoritme (ROC) ......................................................................................... 19
SC algoritme .................................................................................................................................. 19
MP approach: p-median algoritme ............................................................................................... 20
ASSEMBLY LINE BALANCING.............................................................................................................. 21
Single-model deterministic line balancing (SMB).......................................................................... 22
U-vormige lijnen balanceren ......................................................................................................... 23
Mixed model line balancing .......................................................................................................... 24
DEEL 3: WAREHOUSING: INTRODUCTION AND CONCEPTS .................................................................. 26
WAREHOUSE FUNCTIONS AND FLOWS ............................................................................................. 26
ORDER PICKING SYSTEMS.................................................................................................................. 27
Manual order picking systems (employing humans) .................................................................... 27
Mechanised/automated order picking systems (employing machines) ....................................... 28
1
, DESING OF ORDER PICKING SYSTEMS ............................................................................................... 28
Layout design and dimensioning ................................................................................................... 29
Storage assignment ....................................................................................................................... 29
Batching ......................................................................................................................................... 30
Zoning ............................................................................................................................................ 31
Routing .......................................................................................................................................... 31
DEEL 2: DYNAMIC BEHAVIOR ................................................................................................................ 34
INTRODUCTION ................................................................................................................................. 34
Objectives ...................................................................................................................................... 34
Why study dynamic behavior ........................................................................................................ 34
Definitions/concepts ..................................................................................................................... 35
BASIC FACTORY DYNAMICS ............................................................................................................... 37
Parameters .................................................................................................................................... 37
Basic models for diagnosing a production line.............................................................................. 37
Best case performance .............................................................................................................. 37
Worst case performance ........................................................................................................... 39
Practical worst case performance ............................................................................................. 40
Bottleneck rates and TH: insights .................................................................................................. 41
VARIABILITY BASICS ........................................................................................................................... 43
What types of variability matter? ................................................................................................. 43
Process time variability ................................................................................................................. 43
Preemptive outages .................................................................................................................. 43
Non-preemtive outages ............................................................................................................ 44
Quality problems ....................................................................................................................... 45
Flow variability .............................................................................................................................. 45
VARIABILITY INTERACTIONS: QUEUEING .......................................................................................... 47
Queueing models .......................................................................................................................... 47
M/M/1 ....................................................................................................................................... 47
M/M/m ...................................................................................................................................... 48
G/G/1 ......................................................................................................................................... 48
G/G/m........................................................................................................................................ 48
Insights .......................................................................................................................................... 49
Utilization law ............................................................................................................................ 49
Capacity law............................................................................................................................... 49
2
, Lead time law ............................................................................................................................ 50
Variability law ............................................................................................................................ 51
Buffering law ............................................................................................................................. 51
Appendix........................................................................................................................................ 52
BATCHING .......................................................................................................................................... 53
Parallel process batching (PPB) ..................................................................................................... 53
Serial process batching (SPB) ........................................................................................................ 55
Transfer batching........................................................................................................................... 56
BUFFER SIZING ................................................................................................................................... 57
PART 4: MATERIAL FLOW CONTROL ..................................................................................................... 58
PULL CONTROL SYSTEMS: KANBAN (JIT) AND CONWIP .................................................................... 58
Kanban and JIT............................................................................................................................... 58
Key enablers of JIT (“slogans”) .................................................................................................. 60
Lessons from JIT ........................................................................................................................ 61
CONWIP ......................................................................................................................................... 62
How do systems compare? ........................................................................................................... 62
3
,Cursus ingedeeld in twee stukken
- Facilities design: lay-out problemen, we proberen ze zo goed mogelijk te organiseren om
kosten te minimaliseren.
o Welke kosten in rekening worden gebracht is afhankelijk van de layout.
- Dynamisch(variabel) gedrag van productiesystemen: hoe presteert zo’n productiesysteem op
het operationele vlak en niet operationeel.
DEEL I: FACILITIES DESIGN
INLEIDING
Wat is facilities design? → Onderdeel van een groter geheel (facilities planning)
Er zijn drie types :
- Structural design: het ontwerp van gebouwenstructuur + voorzieningen zoals water en
elektriciteit
o Ondersteunende processen, valt buiten de business omgeving
- Handling system design: handlingssysteem voor intern transport zoals uitrusting en personeel
o Binnen het belang van de werking van een warehouse maar laten we buiten
beschouwing omdat dit volledig aparte modellen zijn die niet gecombineerd worden
met het layout design
- Layout-design: layout van productieruimten, ondersteunende ruimten en personeel ruimten
o FOCUS: OPTIMALISEREN VAN DE LAYOUTS
Types layouts vs process flexibility/product variety
We maken abstractie van wat er wordt geproduceerd. Zo kunnen we 5 types layout onderscheiden.
o X-as: variëteit aan producten die je aanbiedt
o Y-as: nodige flexibiliteit in je productieproces.
Naarmate de flexibiliteit van het proces verlaagt, zal de lotgrootte en beheersbaarheid toenemen en
tegelijk zal de complexiteit en productkost verlagen.
Mismatch kosten: wanneer je afwijkt van de diagonaal loop je onnodige kosten op. Het kan zelfs
gebeuren dat je ergens terecht komt dat het niet meer feasible is.
1
, Vb.: flexibiliteit kost geld maar als je die niet nodig hebt dan zijn dit onnodige kosten.
Vb.: wanneer je equipment de nood aan high product variety niet aankan dan heb je niet
genoeg flexibiliteit voorzien in het systeem
➔ Naargelang je lage vs hoge variëteit nodig hebt zal er een andere eis van flexibiliteit worden
opgelegd.
Algemeen: naarmate we afzakken van boven in de diagonaal:
o Gaat de lotgrootte stijgen
o De complexiteit wordt lager
o Het proces wordt beter beheersbaar
o De productkost gaat dalen, want het wordt in hoge volumes wordt geproduceerd.
Elk van die 5 types layout heeft zijn eigen problemen die men moet proberen optimaliseren. Ook, is
zo’n lay-out niet statisch. Het is geen eenmalige keuze die je moet maken, het is gelinkt met de
levenscyclus van het product. Er is een eerste fase met vrij lage volumes, de start up, vervolgens groei
fase, dan top van verkopen wat we maturity noemen en als laatste decline. De volumes wijzigen. Dit
geeft een invloed op de keuze die men maakt voor de lay-out.
Job-shop, cellen, lijnen ➔ meest voorkomende!
Gelijkaardige types processen vertonen gelijkaardige beheersproblemen.
→ Geconnecteerde lijn: lijnbalancering
→ Job shop: lange wachttijden, hoge WIP, moeilijk beheersbaar
Link met de levenscyclus van het product:
→ Startup: Job Shop (laag volume en hoge flexibiliteit)
→ Naarmate productievolume groeit, gaat men naar links onder verschuiven.
Doksysteem = vaste plaats layout
Vooral gebruikt voor producten die moeilijk verplaatsbaar zijn. Het geeft de mogelijkheid om een one-
of-a-kind product te bouwen. Het zijn producten met een laag volume, die op maat van de klant
worden gebouwd. Dit vereist een hoge flexibiliteit van het productieproces. Het product blijft ter
plaatse, bedrijfsmiddelen bewegen. Men produceert hier schepen, huizen etc.
Product, mensen en middelen op één plaats. Het “DOK” maakt het product en als het product gereed
is begint men pas aan de volgende.
Voordelen:
1. Het aantal productbewegingen wordt gereduceerd (product blijft op zelfde plaats)
2. Taakverrijking: doksysteem laat toe dat individuen/teams “de hele job” uitvoeren (bredere
waaier van taken)
3. Zeer flexibel: laat veranderingen toe in productontwerp, productmix.
2
,Nadelen:
1. Beweging van personeel en uitrusting
2. Duplicatie van uitrusting kan noodzakelijk zijn als je meerdere “dokken” tegelijkertijd wilt laten
werken (gevolg: lage bezettingsgraad)
a. Als je verschillende dokken parallel wil laten lopen, kan het zijn dat je hetzelfde team
mensen en uitrusting moet verplaatsen en delen over de dokken. Vb: bouwkraan kan
je niet zomaar week om week verplaatseten → je moet dus investeren in duplicatie
3. Indien geen duplicatie van uitrusting: risico op overschrijden deadlines (resource-constrained
project scheduling)→ domino-effect
4. Gekwalificeerd personeel vereist
5. Algemeen toezicht vereist.
Functionele lay-out (= Jobshop, process layout)
Machines staan gegroepeerd volgens het type bewerking dat ze uitvoeren. Elk product dat je gaat
maken ga je zijn eigen route laten volgen. Een product kan een andere route volgen dus kan je
meerdere soorten producten maken. Er is een kleine herhalingsgraad van de vraag, we werken nog op
order. Dus we produceren in kleine loten. Vb.: hospitalen: specialisatie artsen zitten gegroepeerd
volgens type. Wij als patiënten zijn daar het product.
Voordelen = flexibiliteit
1. Machines kunnen op meerdere stappen in productieproces gebruikt worden: hoge
bezettingsgraad van machines is mogelijk (85%-95%). De capaciteit van de machines gebruiken
we optimaal. We moeten dus niet over investeren in materiaal
2. Theoretisch: klein aantal machines kan volstaan, lage investeringskost.
3. Zeer hoge flexibiliteit op vlak van types producten (universele middelen, flexibele routings).
4. Gespecialiseerde kennis, vakspecialisatie (men moet volledig inzetbaar zijn binnen dat
departement)
Nadelen = geringe efficiëntie
1. Sterk variërende routings, chaotische flows
2. Productieplanning en productiecontrole = moeilijk beheersbaar
a. Grote variabiliteit in procestijden
b. Grote variabiliteit in productmix
c. Omsteltijden (verloren tijd, halen de efficiëntie in een job shop systeem omlaag)
3. Grote hoeveelheid work-in-process (WIP) op de vloer
a. Vereist werkkapitaal + ruimte!!
Allemaal units of loten die wachten om op hun beurt in een bepaald departement te
worden verwerkt, omdat er een grote load is op de machines.
Hoge WIP vinden de operationele en financiële managers niet goed:
FIN: WIP is werkkapitaal, dwz dat je daarin investeert. Zolang die producten in
het productieproces zitten als WIP, heb je geen mogelijkheid om het product
te verkopen en een inkomen te genereren.
OP: praktisch gezien moet je ook plaats hebben om WIP te stockeren. De
impact van beperkte plaats is groot op de operationele performantie.
3
, 4. Doorlooptijd is vaak een veelvoud van bewerkingstijd van een order (heel veel verloren
wachttijd)
5. Expediting, rush orders: orders worden voor getrokken obv due dates of op basis van belang
van de klant
6. Hoge productkost per unit
flowproductie (= product layout)
Een lijn is een type layout dat toestaat om beperkte variëteit te produceren (beperkte flexibiliteit).
Welke machines ervoor komen in een lijn is afhankelijk van het type product. Er zijn lijnen die maar 1
type product aankunnen (assemblage van auto’s: lijnen kunnen tot 4 soorten produceren).
Machines ga je groeperen in lijnen volgens het type product. Alle producten op die lijn volgen dezelfde
bewerkingsvolgorde. Dus hiervoor moet je een groot volume nodig. Er is hier geen backtracking
mogelijk!
→ Gebonden lijnen (= paced lines, connected line)
Elk station krijt een bepaald ritme, tijdswindow waarin het zijn taken af moet hebben. Aan elk station
gebeurt er een andere bewerking. Er is eenzelfde takt tijd om de bewerking uit te voeren bij elk station.
Het voordeel is dat de stations synchroon werken, er is dus geen nood aan WIP buffer, er gaan geen
auto’s moeten staan wachten op een ander die niet klaar is.
Takttijd: bepaalt throughput per tijdseenheid.
o Continue lopende band (equipment paced lijnen): productieproces gaat door tijdens
de verplaatsing, de operator moet meebewegen. Je hebt een continue lopende band.
Je dwingt een takttijd af door een ruimte te geven aan elk station. Vanaf een bepaald
punt mag die arbeider die taken beginnen uitvoeren en de arbeider moet meelopen
met de lopende band. Vb.: Auto-assemblage
o Intermitterende lijn (operator-paced lijn): geen bewerkingen tijdens verplaatsing.
→ Ongebonden lijnen (unpaced line, disconnected line, batch production line): De bewerkingen
lopen niet synchroon. Je moet dus work-in-process buffers plaatsen. Je dwingt hier geen takt
tijd af. De stations kunnen in grote mate onafhankelijk van elkaar werken. Ongebonden lijn
geeft iets meer flexibiliteit dan de gebonden lijnen.
o Verlies van synchronisatie tussen de stations MAAR worden dankzij de buffers wel
beschermd tegen mogelijke throughput verlies als de voorgaande machine uitvalt.
Voordelen = hoge efficiëntie
1. De layout stemt overeen met de volgorde van de bewerkingen:
a. Ordelijke en logische flow
b. Beperkte material handling
2. Beperkte vaardigheden vereist van arbeiders: training = kort, eenvoudig, goedkoop.
3. Lage kost per unit (ondanks zware kost per unit):
a. Gerichtheid op specifiek type product (beperkte productmix)
b. Hoge volumes
4. Gebonden lijn: lijnbalancering:
4
, a. Bewerkingen per station worden zodanig gegroepeerd dat elk station de takttijd haalt
b. Geen opbouw van WIP tussen de stations (producten en materiaal voortdurend in
beweging)
c. Lage doorlooptijd (minimale wachttijden)
d. Men is in staat om zo efficiënt mogelijk te gaan plannen en perfect de throughput te
kunnen vastprikken.
5. Goede beheersbaarheid
a. Mogelijkheid voor automatisering = machinaal regelen van de processen en
goederenbehandeling
Nadelen = geringe flexibiliteit
1. Breakdown op bepaalde machine in de lijn kan tot complete shutdown van de lijn leiden
(vooral bij gebonden lijn).
2. Aangezien de layout bepaald is door het product, kan een verandering in
productontwerp/productmix drastische veranderingen in de layout noodzakelijk maken (lage
ombouwflexibiliteit).
3. Kan leiden tot duplicatie van uitrusting, als identieke machines op meerdere plaatsen in het
proces gebruikt worden (in dat geval: lage bezettingsgraad).
a. Backtracking is niet mogelijk, je kan niet teruggaan voor een bepaalde operatie of taak
4. Hoge investeringskosten, dus investering is enkel gerechtvaardigd voor producten met
voldoende grote vraag (massaproductie).
5. Geringere werkvoldoening, vervreemding werkers.
Celproductie (Group technology based layout)
Doel: combinatie van efficiëntie (van lijnproductie) en flexibiliteit (van job shop productie).
Variëteit heeft een directe link met volumes & overheen de levenscyclus van een product stijgen die
volumes tijdens de growth fase. Als men binnen een job shop productie een productgroep heeft die
ongeveer allemaal hetzelfde proces ondergaan, kan men voor deze groep apart overschakelen naar
een lijnproductie. Er is dus een tussenstap nodig van jobshop naar lijn ➔ celproductie.
Machines die een bepaalde productfamilie maken, worden gegroepeerd in een cel op basis van:
→ Ontwerpovereenkomsten
→ Overeenkomsten in aard en volgorde uit te voeren bewerkingen (in deze cursus)
Men gaat bepaalde types machines vanuit de jobshop eruit halen en enkel gebruiken voor die
producten die we doorheen die cel gaan produceren. Hiervoor heeft men een hoge variëteit nodig en
dus hogere volume. In een cel gaan we meerdere producten samennemen als een productfamilie.
Hierbij gaan we kijken naar een set producten die dezelfde productievolgorde heeft, deze gaan we
groeperen in cellen in productfamilies.
Ideaal willen we dat heel die productiefamilie in die cel gebouwd kan worden. Vanaf dat je een product
zou moeten terugsturen voor één bewerking naar de jobshop komt dat product in een inefficiënt
systeem met wachtrijen etc. ➔ Groepering in familie genereert voldoende volume voor aparte cel.
Idealiter is er geen material handling tussen de cellen. Binnen de cel is er hogere efficiëntie door
minder omstellingen (doordat men in dezelfde familie zit) en is er minder material handling nodig.
5
