In most manufacturing industries, assembly systems have been widely used for high volume production. Especially, automatic assembly systems using industrial robots and assembly equipment have been increasingly used owing to the progress of automation technology. Such assembly systems need to be economically designed along with meeting demand of products for achieving reduced cost and increased productivity. For such purposes, the study deals with practical planning and design issues for automatic assembly systems by including sequence generation, line balancing and tool change strategy.
The thesis firstly presents methods of optimization of automatic assembly sequences for minimizing assembly cost. An assembly sequence is considered to be optimal when it meets a number of conditions: it must satisfy assembly constraints and minimize assembly cost. To generate such sequences, three methods are proposed: neural- network-based computational method, simulated annealing method and genetic algorithm. Through case studies for industrial products, the effectiveness of the methods are demonstrated, and then the results are compared with each other for analyzing the performances.
In addition, assembly systems need to be adequately balanced to meet demand of products. This objective can be achieved by minimizing both the number of workstations and the deviation of station times among workstations. To this end, a simulated annealing method of solving dual criteria single-model and deterministic (SMD) assembly line balancing (ALB) problems is proposed.
However, if assembly sequences are generated without considering line balancing, the sequences found may not guarantee the minimum number of workstations. In this case, additional cost is incurred to accommodate the increased number of workstations. Therefore, the line balancing should be included in generating assembly sequences
Another factor that should be considered in designing automatic assembly systems is assembly tool change. This tool change may increase both assembly-task process time and assembly cost. Accordingly, the number of tools and their changes need to be minimized. To incorporate the sequence generation, the line balancing and the tool change into one, a new optimization algorithm for designing automatic assembly systems is proposed.
Finally, the thesis presents a practical method of designing automatic assembly systems. For such a purpose, some practical considerations are included: (1) modeling of nonstandard parts and (2) problem-specific constraints divided into the assignment constraint and the operational constraint. To accommodate the considerations, the optimization algorithm is partly modified. The effectiveness of the modified method is demonstrated through two case studies for industrial products. The results of the case studies show that the proposed method can give a practical guidance to the design of automatic assembly systems.
최근들어 자동화 기술의 발전에 힘입어 산업용 로보트와 자동기계를 사용한 자동 조립시스템의 활용이 많아지고 있다. 이 조립 시스템들은 제품의 수요를 만족하면서 동시에 경제적으로 설계되어야 한다. 이러한 목적을 위하여 본 논문에서는 조립순서의 추론과 라인 밸런싱, 그리고 조립공구의 교환을 고려한 자동조립 시스템의 계획과 설계를 다룬다.
조립경비를 절감하기 위하여 먼저 조립순서의 최적화 방법들을 제안한다. 한 조립순서가 조립구속조건을 만족하면서 동시에 조립경비를 최소로 가질 때 이를 최적 조립순서라 한다. 본 논문에서는 이러한 최적 순서를 구하기 위하여 (1) 신경회로망 (2) 시뮬레이티드 어닐링 그리고 (3) 유전자 알고리즘을 이용한 세 방법들을 제안한다. 그리고, 두 제품에 대한 사례연구를 통하여 본 방법들의 유용성을 살펴보고, 여기서 얻어진 결과들을 상호 비교하여 각 방법의 성능을 평가한다.
조립경비의 절감과 아울러 제품 수요를 만족하기 위하여 적절한 라인 밸런싱이 요구된다. 이는 작업 스테이션 수의 최소화와 스테이션간 작업시간의 균형화를 통하여 달성될 수 있다. 이를 위하여, 본 연구에서는 단순 모델 라인 밸런싱 문제에 대해 위의 두 목적을 동시에 만족시키기 위한 방법을 제시한다.
한편, 라인 밸런싱을 고려하지 않고 조립순서를 추론하면, 얻어진 순서가 최소의 작업 스테이션을 보장 못할 수가 있고, 이때에는 추가의 경비가 초래된다. 따라서 조립시스템의 설계시에 조립순서와 라인 밸런싱을 동시에 고려하여야 한다. 자동조립 시스템에서 또하나 고려되어야 할 것은 조립 공구의 교환 문제이다. 이 조립공구의 교환은 조립 작업시간의 추가와 조립 경비의 상승을 유발시키게 된다. 따라서, 공구교환은 가능한 한 최소화 시켜야 한다. 본 연구에서는 이러한 조립순서의 추론과 라인 밸런싱, 그리고 조립공구의 교환 문제를 모두 고려하여, 자동조립 시스템의 설계를 위한 최적화 알고리즘을 제안한다.
마지막으로, 본 최적화 알고리즘을 실제 조립시스템의 설계에 적용한다. 지금까지의 연구는 직교방향으로 조립될 수 있는 강체부품들만을 대상으로 하였으나, 실제로 생산되고 있는 제품은 이 조건을 항상 만족하지 않는다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 비 표준부품들에 대한 수정 모델링 방법을 제안하고, 아울러 현장에서 발생되는 작업상의 구속조건들도 함께 고려한 실제적인 설계 최적화 방법을 제안한다. 본 방법의 유용성을 살펴보기 위하여, 현장에서 생산되고 있는 제품을 대상으로한 조립순서의 추론과 자동 조립시스템의 설계에 관한 사례연구를 행한다. 여기에서 얻어진 결과들은 본 최적화 방법이 자동조립 시스템의 설계시에 실제적인 도움을 줄 수 있음 을 보여준다.
