The Effective Process Time: Quantifying operational time variability for queueing network performance analysis of discrete manufacturing systems (EWV.6462)

Project nummer: 06462

Omschrijving van het onderzoek

Twee belangrijke prestatiecriteria van een discreet fabricagesysteem zijn doorzet en doorlooptijd. De doorzet is het aantal producten (ook wel lots genoemd) per tijdseenheid dat het fabricagesysteem verlaat en de doorlooptijd is de tijd die een lot er over doet om dat eindpunt te bereiken. Om de prestatie in doorzet en/of doorlooptijd te kunnen verbeteren is het essentieel goed inzicht te hebben in de factoren die verlies in productiecapaciteit veroorzaken. Kleine reducties in capaciteitsverliezen kunnen al leiden tot een hogere doorzet of lagere doorlooptijd. In de discrete fabricage-industrie wordt daarom veel aandacht besteed aan het terugdringen van capaciteitsverliezen als gevolg van machineuitval, omsteltijden, en andere verstoringen. Eind jaren tachtig is de Overall Equipment Effectiveness (OEE) prestatiemaat door Nakajima (1988) geïntroduceerd om capaciteitsverliezen te quantificeren. Dit heeft tot een doorbraak geleid in de prestatie-analyse van fabricagesystemen in de industrie. De OEE kan namelijk goed gebruikt worden om verschillende typen verstoringen die capaciteitsverlies in equipment veroorzaken te identificeren. De OEE is een standaard geworden in kapitaalintensieve industrieën zoals de semiconductorindustrie (SEMI-standaard-E79-0200) en de automobiel-industrie. De OEE heeft een directe relatie 4 met utilisatie (utilisatie is de fractie van de tijd dat een werkstation feitelijk met produceren bezig is). Het punt is echter dat doorzet en doorlooptijd niet alleen door de utilisatiegraad van de werkstations worden bepaald, maar tevens door de mate van variabiliteit waarmee de bewerkingen worden uitgevoerd. Dit laatste wordt niet meegenomen in de OEE. Het gevolg is dat op basis van de OEE alleen, de focus volledig ligt op utilisatieverbetering en dat mogelijkheden voor prestatieverbetering door middel van variabiliteitsreductie over het hoofd worden gezien. Recentelijk hebben Hopp en Spearman (2000) de term effectieve procestijd (EPT) geïntroduceerd. Zij definiëren de EPT als de bewerkingstijd zoals een lot dat ziet vanuit een logistiek oogpunt.. In de EPT zijn wachttijden als gevolg van verstoringen zoals machine-uitval, afwezigheid van operators, en andere verstoringsbronnen verwerkt. Het voordeel van deze aanpak is dat zowel naar de gemiddelde effectieve procestijd alsook naar de mate van variabiliteit (variantie) gekeken kan worden. Hopp en Spearman nemen echter aan dat de verschillende verstoringsbronnen en hun individuele bijdrage bekend zijn. In de industrie is dit meestal niet het geval, en is het over het algemeen ondoenlijk deze inventarisatie in detail uit te voeren. Voor het gebruik van de EPT als prestatiemaat in de industrie is het daarom van essentieel belang dat effectieve procestijden bepaald kunnen worden op basis van operationele data zoals aankomsttijden en vertrektijden van lots bij werkstations. Het doel van het huidige project is om een operationeel toepasbare definitie van de effective procestijd te ontwikkelen die gebaseerd is op wachtrijtheorie om een logistiek correcte interpretatie te garanderen. Het project bouwt voort op de EPT-onderzoeksinspanningen die door de groep reeds zijn geïnitieerd, zie Jacobs et al. (2001, 2003) en Van Bakel et al. (2001, 2003). Voor industri¨ele toepassing dienen de basisdefinities van de EPT uitgebreid te worden naar verschillende typen machines (b.v. lithografieën assemblagemachines). Tevens dient rekening gehouden te worden met praktische zaken zoals het niet identiek zijn van machines binnen een werkstation, leegstand van machines in een werkstation, en voorrangsregels. Vervolgens zal een raamwerk van wachtrijmodellen ontwikkeld worden om (i) de voorgestelde EPT-methoden te valideren, en (ii) prestatievoorspellingen te kunnen doen op basis van EPT-verdelingen gemeten in een werkelijk fabricagesysteem. Zulke EPT-gebaseerde wachtrijmodellen maken `wat-als' studies mogelijk en vormen de basis voor verdere optimalisatie van de prestaties van het betreffende fabricagesysteem. 1.3.1 Utilisatie De EPT kan op twee manieren gebruikt worden: (i) de EPT als prestatiemaat om capaciteitsverliezen alsmede variabiliteit te quanti_ceren, en (ii) de EPT als aanpak voor metamodelvorming om tot nauwkeurige maar relatief eenvoudige wachtrij- of simulatiemodellen te komen voor prestatieana-lyse en optimalisering. Deze twee mogelijkheden voor utilisatie zullen worden gedemonstreerd aan de hand van productiedata verkregen van de beoogde gebruikers in de gebruikersgroep: Steelweld, Philips Semiconductors, ASML, en CQM. Op basis van de productiedata worden allereerst EPT-realisaties van vertrekkende producten bij individuele werkstations bepaald. Hiermee worden EPT-verdelingen van de betreffende werkstations in operationele toestand verkregen. Het gemiddelde en de variantie van deze verdelingen quantificeren respectievelijk het capaciteitsverlies en de effectieve variabiliteit die aanwezig is in de verschillende werkstations van het fabricagesysteem. Het bijbehorende wachtrijraamwerk maakt het mogelijk om de verkregen EPT-waarden te interpreteren in logistieke zin waarmee de huidige prestatie van het fabricagesysteem verklaard kan worden. De kracht van metamodelvorming wordt duidelijk gemaakt door, uitgaande van gemeten EPTverdelingen, modelbenaderingen te bouwen gebaseerd op enerzijds netwerken van wachtrijen en anderzijds discrete-event simulatie. Discrete-event modellen worden momenteel vaak geprefereerd in 5 de industrie, omdat hiermee het effect van essentiële details uit de werkelijkheid zoals omsteltijden, meerdere producttypen, machine faalgedrag, operators, etcetera, makkelijk ge-evalueerd kan worden. De EPT-methode vat echter veel van deze details samen in de EPT-verdelingen van de werkstations. Dit biedt dus nieuwe kansen om tot EPT-gebaseerde wachtrijmodellen te komen die efficiënt geanalyseerd kunnen worden en die voldoende nauwkeurig zijn voor toepassing in de industrie. De utilisatie wordt uitgevoerd in drie stappen. De eerste stap is om de beoogde gebruikers uit de discrete fabricage-industrie, Steelweld, Philips Semiconductors, en ASML, bekend te maken met de basiselementen uit de wachtrijtheorie, en de rol die variabiliteit speelt in de prestatie van hun systemen. De genoemde gebruikers hebben deze eerste stap al gezet. De vierde beoogde gebruiker, CQM, heeft als adviesbureau een grote expertise op het gebied van wiskundige modelvorming op basis van wachtrijtheorie voor toepassing in de discrete fabricage-industrie. De tweede stap is om de ontwikkelde EPT-technieken te valideren en de toepassing ervan te illustreren aan de hand van productiedata aangeleverd door de gebruikers. Zodra voor een bepaald type machine de bijbehorende EPT-methoden ontwikkeld zijn wordt direct met validatie gestart. De derde stap is de feitelijke overdracht van kennis en ontwikkelde gereedschappen naar de gebruikers. CQM is kandidaat leverancier van de methoden en software-gereedschappen aan derden in de industrie. Naast de halfjaarlijkse gebruikersvergaderingen is gepland dat de onderzoekers regelmatig de industriële gebruikers bezoeken om de EPT-ontwikkeling en het utilisatietraject verder te ondersteunen.

Gebruikers

Er zijn vier bedrijven bij dit project betrokken.

Projectleider

Dr.ir. L.F.P. Etman

Technische Universiteit Eindhoven
Werktuigbouwkunde
Systems Engineering

Postbus 513
5600 MB Eindhoven

Status van het project

Gestart	: 01-06-2004
Einddatum	: 30-04-2012

Trefwoorden

Data collection, Discrete manufacturing systems, Flow time, Meta modelling, Performance analysis, Performance evaluation, Performance indicator, Queuing networks, Throughput

Print | Over deze site |

Sitemap | Voorbehoud | Gewijzigd 6-5-2010