In a flexible manufacturing system (FMS) where a large number of tool types are required, tool management is vital for maintaining high productivity. The purpose of this thesis is to study several tool-related problems in FMSs operating with the tool movement policy, i.e., the policy to move tools to the machines where they are needed.
In the first part of the thesis, we consider a tool loading problem in FMSs in which each part visits only one of the machines for its entire processing. If a machine does not have on its tool magazine tools needed for processing a part, it can borrow the tools from other machines or a tool crib, or use alternative tools instead. The problem is to assign parts and tools to machines to maximize the system throughput. Since the objective is difficult to deal with directly, we use an intermediate objective of minimizing the number of tool transfers among the machines and between the machines and the tool crib. Since it is computationally intractable to find optimal solutions for practical problems, a heuristic procedure is developed. The heuristic is compared with an existing heuristic through example problems.
The second part addresses the tool switching problem of a flexible machine. It is assumed that a set of parts to be produced on the machine is known and the number of tools required to produce all the parts is larger than the capacity of the tool magazine. Switching tools in the tool magazine requires a tool transporter which has a limited carrying capacity to travel between the tool crib and the machine. The problem is to determine an optimal production sequence of the parts and its corresponding tool replacement schedule such that the travel frequency of the tool transporter is minimized. The problem is formulated into a mathematical programming. For the problem with a given production sequence, an optimal tool replacement schedule is found. Also, several heuristics are suggested for the part sequencing problem and their performances are compared through example problems.
In the third part, given a tool replacement schedule along with a part production sequence, the problem for tool placement in the tool magazine is discussed. The placement of tools by an automatic tool changer affects the magazine rotating time, that is, the time required for the magazine to align the position of the tool required for succeeding operation with that of the automatic tool changer. We consider the problem in two cases depending on the number of arms in the tool changer and propose heuristics for each case. The objective of the heuristics is to allocate tools to positions in the magazine, such that the total rotating time of the magazine is minimized. Their performances are compared with an existing method.
많은 공구를 사용하는 유연생산시스템에서의 공구관리는 생산성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문은 공구이동정책에 의해 운용되는 유연생산시스템에서 발생하는 세 가지 공구관리문제를 다루고 있다.
제2장에서는 공구이동정책에 의해 운용되는 (필요로 하는 기계로 공구를 이동하는) 유연생산시스템에서의 부하문제 (loading problem)를 다루었다. 한 제품을 가공할 때 필요한 공구가 기계에 없을 경우, 다른 기계나 공구저장소 (tool crib)에서 빌려오거나 대체공구 (alternative tool)를 사용할 수 있는 상황을 고려하였다. 본 장에서 고려한 부하문제는 단위시간당 생산량을 최대화하도록 제품과 공구를 기계에 할당하는 것이다. 단위시간당 생산량의 최대화라는 목적함수는 직접 다루기 어렵기 때문에 본 문제에서는 각 기계의 부하를 균형화하면서 기계에서 빌려오는 공구의 횟수를 최소화하는 것을 목적함수로 사용하였다. 이 문제에 대한 새로운 발견적기법을 제시하고 기존에 제시된 방법과 비교하였다.
제3장에서는 한 기계에서 생산해야 하는 제품의 순서 (part sequencing)를 결정하는 문제를 다루었다. 각 제품이 필요로 하는 총 공구의 수가 기계에 장착할 수 있는 공구의 수보다 많은 경우 공구이송장치 (tool transporter)를 이용한 공구교환 (replacement) 이 필요하다. 한 번에 이송할 수 있는 공구의 수가 제한되어 있기 때문에 제품의 생산순서 뿐만 아니라 공구교환정책에 의해서도 공구이송장치의 이용횟수가 달라진다. 본 장에서는 공구이송장치의 이용횟수를 최소화하는 제품의 생산순서와 이에 따른 공구교환정책에 관한 문제를 다루었다. 제품의 생산순서가 주어졌을 경우 공구이송장치의 이용횟수를 최소화 하는 최적의 공구 교환정책을 제시하였고 이를 기초로 제품의 생산순서를 결정하는 발견적기법을 제시하였다. 기존 방법과의 비교를 통하여 발견적기법을 평가하였다.
제4장에서는 공구장착대 (tool magazine)에 공구의 장착위치 (placement) 를 결정하는 문제를 다루었다. 공정순서에 따라 제품을 가공할 때 공구의 장착위치에 따라 다음 공구로의 교체시간이 달라진다. 이는 제품의 생산시간에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 장에서는 공구의 교환시간을 최소로 하는 공구의 장착위치를 결정하는 문제를 다루었다. 공구교환장치 (tool changer) 는 사용한 공구를 장착하는 위치 (원래 위치 또는 다음에 사용할 공구의 위치) 에 따라 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 두 경우에 대한 공구의 장착위치를 결정하는 발견적기법을 제시하였고 기존의 방법과 비교하였다.
