Scheduling with limited resources along the aeronautical supply chain : from parts manufacturing plants to final assembly lines

Borreguero Sanchidrián, Tamara (2019). Scheduling with limited resources along the aeronautical supply chain : from parts manufacturing plants to final assembly lines. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Industriales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57901.

Description

Title: Scheduling with limited resources along the aeronautical supply chain : from parts manufacturing plants to final assembly lines
Author/s:
  • Borreguero Sanchidrián, Tamara
Contributor/s:
  • Ortega Mier, Miguel Ángel
  • García Sánchez, Álvaro
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

The aeronautical industry has suffered a continuous growth in the last years and a similar growth is expected for the near future. At the same time, it has been for long learning to cope with increasing product complexity together with the reduction in time to market, production lead times and costs. In addition, in every industry, there is nowadays an increase in process digitization that runs in parallel to the deployment of Industry 4.0 technologies. The aeronautical industry has been ahead in the use of digital solutions from the 1960’s. However, up to now, it had been focused mainly on the design phase, like the implementation of CAD systems for structural design and complex system’s modeling. In consequence, other processes have consistently remained almost unaffected. That has been the case of the planning and scheduling processes. Nevertheless, handling these process in a more efficient and automatized way is a must. That need is fostered by the industry digitization, the higher product complexity and the growing level of product customization. Although planning and scheduling problems have been widely studied since the early years of Operations Research little digital scheduling solutions are deployed in any industry. One of the reasons for this have been the lack of standard products and the complexity of the problems. In consequence, this thesis aims to close the gap between scheduling research and its implementation, focusing on real cases from the aeronautical industry. To begin with, this thesis provides an extensive review on the planning and scheduling problems from the aeronautical industry. Moreover, an in depth literature review has been performed and the main knowledge gaps have been identified. I believe that this on its own is already of great interests for both practitioners and production managers. For production managers because it builds a bridge between the problems in the industry and the existing research, enabling a fast identification of the existing solutions for each problems. For practitioners because it characterizes the problems in terms of the scheduling categories used in the literature and identifies research gaps that were still unexplored. Four main planning and scheduling problem categories were identified after studying the end to end aeronautical supply chain. Only one of them had been widely studied in the existing literature. Therefore, I have studied in detail the other three that, to the best of my knowledge, had not been addressed yet. For each of them, I have translated the business needs into requirements and made a model proposal. Moreover, experimentation has been performed with industrial instances, solving them in times suitable for the real implementation in most cases. The first models provided were deterministic. Thus, this work would have been insufficient if no uncertainty had been taken into account. In consequence, one additional part is dedicated to it, using two different approaches: discrete event simulation and re-scheduling. In the last part, I share some conclusions on the data structure and exchanges that are necessary for the previous model’s implementation in the aeronautical industry. A flexible and fluent information share between systems is crucial for Industry 4.0 implementation. Therefore, this data mapping is a must for a smooth implementation of any scheduling system within a real industrial environment. ----------RESUMEN---------- La industria aeronáutica ha sufrido un gran crecimiento en los últimos años y las previsiones apuntan hacia crecimientos similares para los próximos años. Al mismo tiempo, los desarrollos de nuevos aviones se han vuelto cada vez más exigentes: se han acortado los tiempos de entrega a la par que han aumentado los requerimientos en términos de eficiencia y equipamiento de las aeronaves. Por otra parte, se está viviendo una creciente la digitalización de los procesos en cualquier industria, acompañada de la implantación de las tecnologías de la Industria 4.0. El sector aeronáutico ha sido de los pioneros en la implantación de herramientas digitales desde los años 60. Sin embargo, la mayoría de los esfuerzos se habían centrado hasta ahora en el área de diseño, como el uso intensivo de sistemas CAD para el diseño estructural y para el modelado de sistemas complejos. Por tanto, otros procesos han continuado siendo altamente manuales. Uno de ellos es el de planificación y programación de la producción. No obstante, existe una acuciante necesidad de realizarlos de una manera más eficiente y automatizada. Esto se debe tanto al aumento de la digitalización como al aumento de la complejidad y la personalización de los productos. Aunque los problemas de planificación y programación se han estudiado desde los comienzos de la investigación operativa, existen muy pocos ejemplos de soluciones reales implementadas a nivel industrial, no sólo en la industria aeronáutica. Una de las causas de esta ausencia es la falta de soluciones estándar, así como la complejidad de los problemas a tratar. En consecuencia, el objetivo de esta tesis es cerrar la brecha entre los problemas estándar de planificación y programación de la producción y su implantación real, aplicando las soluciones a la industria aeronáutica. En primer lugar, esta tesis presenta una revisión extensa de los problemas de planificación y programación de la producción dentro de la industria aeronáutica. La descripción de los problemas se acompaña de una revisión de la literatura, con objeto de identificar qué problemas se habían tratado previamente y cuáles estaban aún sin explorar. Esta clasificación ha sido la primera contribución de la tesis, tanto para el mundo académico como para el industrial. Para la industria porque ordena los problemas permitiendo una rápida identificación de las soluciones ya disponibles. Para la parte académica porque al ordenar los problemas en términos de las categorías utilizadas en la literatura muestra de forma clara los temas que no habían sido tratados hasta el momento. En esa primera revisión, se identificaron cuatro grandes categorías de problemas de planificación y programación de la producción en la industria aeronáutica. Salvo uno de ellos, el resto no se habían abordado hasta ahora o se habían tratado de forma incompleta. Por tanto, los otros tres se han tratado en detalle a lo largo de la tesis, traduciendo las necesidades de la industria en requerimientos y proponiendo modelos para su resolución. Además, se han probado los modelos con casos de uso reales, que han sido resueltos en tiempos válidos para una implantación industrial en la mayor parte de los casos. Si bien el primer tratamiento de los problemas ha sido desde el punto de vista determinista, se ha dedicado otra parte al estudio de alternativas para tener en cuenta la incertidumbre inherente a la realidad industrial. Este tratamiento de la incertidumbre se ha abordado desde dos perspectivas: la simulación de eventos discretos y la replanificación. Para finalizar, el último capítulo presenta las implicaciones que tendría la implantación de estos modelos en términos de estructura de datos y conexión con otros sistemas. Entiendo que esta reflexión es una parte fundamental para asegurar una correcta explotación de cualquier nueva herramienta y más aún en el entorno actual de digitalización e Industria 4.0.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainITC-20151126HEFESTOUnspecifiedHEFESTO_High efficient factory based on complex concepts in the digital mockup

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Item ID: 57901
DC Identifier: http://oa.upm.es/57901/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57901
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57901
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 10 Feb 2020 07:15
Last Modified: 10 Aug 2020 22:30
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