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CPGEI (Mestrado): Thiago Cantos Lopes-19/04/17

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 19/04/2017
das 08h30 até 11h30
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. Leandro Magatão
Participantes Prof. Leandro Magatão, Dr. Orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Leandro Magatão, Dr. Presidente - UTFPR
Profa. Maristela Oliveira dos Santos, Dra. - USP
Prof. Arinei Carlos Lindbeck da Silva, Dr. - UFPR
Examinador Suplente: Prof. Ricardo Lüders, Dr. - UTFPR
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Otimização do Balanceamento de Linhas Robóticas de Solda: Modelo e Estudo de Caso

Resumo: Linhas robóticas de solda são comuns na indústria automobilística. Durante a produção de um veículo, sua estrutura metálica precisa ser soldada em um único corpo resistente. Isso é feito por meio de centenas de soldas a ponto por resistência, cada uma liga localmente duas ou mais placas metálicas. Distribuir eficientemente esses pontos entre robôs é particularmente desafiador, levando em conta que: cada robôs podem fazer acessar uma parte dos pontos de solda, há tempo de movimentação entre pontos e robôs podem colidir entre si se ocuparem o mesmo espaço físico ao mesmo tempo. Há muitas maneiras factíveis de distribuir pontos de solda. No entanto, cada uma gera um resultado econômico diferente: Se um robô soldar muitos pontos se tornará um gargalo e reduzirá a taxa média de produção.Obter o conjunto de decisões operacionais que gera o melhor desempenho é o objetivo de técnicas de otimização. Há uma ampla variedade de técnicas descritas na literatura de pesquisa operacional e ciência da computação: modelos matemáticos, algoritmos, heurísticas, meta-heurísticas, etc. No contexto industrial, tais técnicas foram adaptadas para diversas variantes de problemas práticos. No entanto, estas adaptações só podem resolver as variantes para as quais foram idealizadas. Se por um lado podem se traçar paralelos entre vários aspectos de linhas robóticas de solda e tais variantes, por outro o conjunto completo de características das linhas estudadas não é tratável por (ou convertível em) nenhuma delas. A presente dissertação desenvolve uma abordagem para otimizar tais linhas, baseada em um modelo de programação linear inteira mista desenvolvido para descrever o problema. Ela também apresenta um estudo de caso para discutir e ilustrar possíveis dificuldades de aplicação e como superá-las. O modelo apresentado foi aplicado a dados de uma linha robótica de solda da fábrica, composta por quarenta e dois robôs, quatro modelos de veículos e mais de setecentos pontos de solda por veículo. A média ponderada da redução em tempo de ciclo obtida pelo modelo foi de 17.5%. Variantes do modelo, concebidas para auxiliar trabalhos futuros, são apresentadas e discutidas.
Palavras-chave: Programação Linear Inteira Mista; Problema de Balanceamento de Linha de Montagem; Linhas Robóticas de Solda; Solda a Ponto por Resistência; Minimização de Tempo de Ciclo;

Balancing Optimization of Robotic Welding Lines: Model and Case Study

Abstract: Robotic welding manufacturing lines are production lines common in automobile industries. During a vehicle's production, the vehicle's metal structure must be welded in a single resistant body. This is made by hundreds of spot-welding points, each of which tie locally two or more metal plates. Efficiently distributing these welding points amongst robots is particularly challenging, taking in account that: not all robots can perform all weld points, robots must move their welding tools between weld points, and robots might interfere with one another if they use the same geometrical space. There are multiple feasible manners to distribute the welding points. However, each of these forms generates different economical results: If a robot performs too many points, it will become a line bottleneck and reduce average throughput. To find the set of operational decisions that yields the best output is the goal of optimization techniques. There are a wide variety of such techniques described in operations research and computer sciences literature: mathematical models, algorithms, heuristics, meta-heuristics, etc. In the industrial context, these techniques were adapted to related line balancing problems. However, these adaptations can only solve the specific variants they were designed to address. While parallels can be drawn between aspects of robotic welding lines and many of such variants, the full combined set of characteristics of the studied lines is not treatable by (or convertible to) any of them. This dissertation develops a framework to optimize such lines, based on mixed-integer linear programing model developed to describe the problem. It also presents a case study to discuss and illustrate possible difficulties and how to overcome them. The presented model was applied to data from the factory's robotic welding lines composed of forty-two robots (divided in thirteen stations), four vehicle models and over seven hundred welding points for each vehicle. The weighted average reduction percentage in cycle time obtained by the model was 17.5%. Model variants, designed to aid further works are presented and discussed.
Keywords: Mixed-Integer Linear Programming; Assembly Line Balancing Problem; Robotic Welding Lines; Spot Resistance Welding; Cycle Time Minimization;

Lista de publicações:

SIKORA, C. G. S.; LOPES, T. C.; SCHIBELBAIN, D; MAGATÃO, L. Integer based formulation for the simple assembly line balancing problem with multiple identical tasks. Computers & Industrial Engineering. V. 104, p 134 – 144, 2017.

SIKORA, C. G. S.; LOPES, T. C.; MAGATÃO, L. Traveling worker assembly line (re) balancing problem: model, reduction techniques, and real case studies. European Journal of Operational Research. V. 259, p 949 – 971, 2017.

SIKORA, C. G. S.; LOPES, T. C.; MAGATÃO, L. Implementing Changes in the Balancing of Assembly Lines: a Sequencing Problem Addressed by MILP. XLVIII Simpósio de Brasileiro de Pesquisa Operacional, Vitória, pp. 73–83, 2016.

LOPES, T. C.; MICHELS, A. S.; MOLINA, R. G.; SIKORA, C. G. S.; MAGATÃO, L. An MILP formulation for robotic assembly line design with parallel stations, dead time and equipment selection. XLVIII Simpósio de Brasileiro de Pesquisa Operacional, Vitória, pp. 3257 – 3258, 2016

LOPES, T. C.; SIKORA, C. G. S.; MAGATÃO, L. Buffer and Cyclical Product Sequence Aware Assembly Line Balancing Problem: Model and Steady-State Balancing Case Study. XLVIII Simpósio de Brasileiro de Pesquisa Operacional, Vitória, pp. 73–83, 2016.

SIKORA, C. G. S.; LOPES, T. C.; MAGATÃO, L. Variable Sets Reduction for Assembly Line Balancing Problem: MILP Model and Case Studies. XLVII Simpósio de Brasileiro de Pesquisa Operacional, Porto de Galinhas, pp. 166–176, 2015.

SIKORA, C. G. S.; LOPES, T. C.; LOPES, H. S.; MAGATÃO, L. Genetic algorithm for type-2 assembly line balancing. 2015 Latin-America Congress on Computational Intelligence, LA-CCI, pp. 1-7, 2015.

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