This thesis considers these cell formation problems considering two configuration types of cell manufacturing system including flow line cell system and fabrication cell system of job-shop type. A flow line cell system is considered in chapters 2 and 3, and a fabrication cell system of job-shop type is considered in chapter 4. This thesis investigates the proposed problems from the motivation of gaining some underlying scheme and insight into any effective management of complex manufacturing systems and any effective control over various production parameters.
In chapter 2, a cost model is considered for a U-shaped manufacturing cell formation which incorporates a required number of machines and various material flows together under multi-part multi-cell environment. The model is required to satisfy both the specified operation sequence of each part and the total part demand volume which are needed to derive material handling cost in U-shaped flow line cells. In the model, several other cost-incurring factors including set-up for batch change-over, processing time for operations of each part, and machine failures are also considered in association with processing load and capacity of each cell. The problem is characterized as a NP-hard problem. Therefore, in order to find a good solution efficiently, two greedy-type heuristic algorithms including a single-combining algorithm and a double- combining algorithm are proposed. For the heuristic solution algorithms, three schemes are proposed : a scheme for computing the utilization ratio subject to the processing time of each cell, a scheme for determining the machine sequence in each U-shaped cell and a scheme for searching the solution by using combining method. Both the algorithms are derived by using the process of combining the cells and tested for their efficiencies with various numerical problems
Chapter 3 considers a problem of designing a flow line independent-cell system where each machine can treat multiple production operations and at most two machines of each machine type can be installed in the same cell. The objective is to minimize the total system cost including machine cost and material handling cost subject to each cell capacity. The problem is also characterized as a NP-hard problem. Therefore, in order to find a good solution efficiently, two greedy-type heuristic algorithms including a single-combining algorithm and a double-combining algorithm are proposed. For the heuristic solution algorithms, two schemes are newly proposed : a scheme for duplicating any machine subject to the processing time restriction of each cell and a scheme for determining the machine sequence in each cell. Both the algorithms are derived by using the process of combining the cells and tested for their efficiencies with various numerical problems.
Chapter 4 considers a problem of designing a fabrication cell system with inter-cell moves allowed. A sequence-based material flow procedure is exploited to solve the cell formation problem. A cell formation procedure is also designed to consider operation sequences in determining the costs of inter-cell moves as well as forward and backward intra-cell moves. These are all included in a cost model proposed for the manufacturing cell formation problem with various material flows incorporated together under multi-part multi-cell environment. In order to find a good solution efficiently, a greedy-type single-combining heuristic algorithm is also proposed. For the heuristic solution algorithm, two schemes are newly proposed in the algorithm: a scheme for determining the machine sequence in each cell and another scheme for searching the solution by using single combining method. Both the algorithms are derived by using the process of combining the cells and tested for their efficiencies with various numerical problems.
본 논문은 흐름생산 라인에서 작업순서를 고려하여 독립 셀을 구성하는 두 편의 논문과 가공라인에서 작업순서를 고려하여 일반 제조 셀을 구성하는 한 편의 논문을 다루고 있다. 그러나 언급된 바와 같이 흐름라인에서 자재 취급 비용과 설비 투자비용을 동시에 고려하여 종합적인 시스템 구성비용 차원에서 셀 형성을 접근하는 주제를 다루는 논문은 거의 없었다. 사실, 이러한 주제는 다품종 소량생산 시스템 환경의 자동차 부품 생산라인과 전자 조립라인에서 중요한 관심사항으로 대두되고 있다.
2장에서는 U형 흐름 라인에서 설비 소요 비용과 자재 취급 비용을 동시에 고려하여 통합 비용을 최소화하는 문제를 다루었다. 그 통합 비용 모델에는 부품의 작업 순서, 수요, 준비 교체시간, 작업 시간, 설비 고장률 등의 요소가 종합적으로 반영된다. 통합 비용 모델은 이러한 복잡한 요소들이 서로 연결되어 있어 정수계획법과 같은 접근방식으로 해결하기 어렵다. 따라서 좋은 해 (solution)를 찾기 위해 단일 결합 알고리즘 (Single-combining algorithm)과 이중 결합 알고리즘(Double-combining algorithm)의 두 가지 발견적 기법 (Heuristic approach)이 제시되었다. 여기서 자재 취급 비용을 최소화하기 위해 U형 흐름 라인 셀 내에서 설비 순서를 결정하는 방법과 셀 내에서 자재 취급 비용을 산정하는 과정 등이 새롭게 제시되었다.
이 발견적 기법의 효율성을 최적해 (Optimal solution)의 통합시스템 비용과 비교하여 검증해 본 결과, 단일 결합 알고리즘 (Single-combining algorithm)은 평균 5%의 차이를 나타냈고 이중 결합 알고리즘 (Double-combining algorithm)은 평균 4%의 차이를 나타내는 등 상당히 높은 효율성을 보여 주었다. 일부의 경우에는 최적해와 동일한 해를 제공하였다.
3장에서는 각 설비가 다 공정 (multiple operation)을 수행할 수 있고 각 설비가 한 셀 내에 2대 까지 설치 가능한 독립형 흐름 라인에서의 셀 구성 문제를 다루었다. 본 비용 모델은 각 셀의 처리 능력 범위 내에서 설비 소요 비용과 자재 취급 비용의 합을 동시에 최소화하는 것을 목적으로 한다. 그 통합 비용 모델에는 부품의 작업 순서, 수요, 준비 교체시간, 작업 시간, 셀의 최대 허용률 등의 요소가 종합적으로 반영된다. 통합 비용 모델은 이러한 복잡한 요소들이 서로 연결되어 있어 정수계획법과 같은 접근방식으로 해결하기 어렵다. 따라서 좋은 해 (solution)를 찾기 위해 단일 결합 알고리즘 (Single-combining algorithm)과 이중 결합 알고리즘(Double-combining algorithm)의 두 가지 발견적 기법 (Heuristic approach)이 제시되었다. 여기서 자재 취급 비용을 최소화하기 위해 흐름 라인 셀 내에서 설비 순서를 결정하는 방법과 셀 내에서 설비를 중첩 시키는 과정 등이 새롭게 제시되었다.
이 발견적 기법의 효율성을 최적해 (Optimal solution)의 통합시스템 비용과 비교하여 검증해 본 결과, 단일 결합 알고리즘 (Single-combining algorithm)은 평균 5%의 차이를 나타냈고 이중 결합 알고리즘 (Double-combining algorithm)은 평균 4%의 차이를 나타내는 등 상당히 높은 효율성을 보여 주었다. 일부의 경우에는 최적해와 동일한 해를 제공하였다.
4장에서는 셀간 이동이 허용되는 가공 셀 라인에서 순 방향 셀 내 이동 비용 (forward intra-cell move cost), 역 방향 셀 내 이동 비용 (backward intra-cell move cost), 셀간 이동 비용 (inter-cell move cost) 등 자재 취급 비용을 최소화하는 문제를 다루었다. 그 비용 모델에는 부품의 작업 순서, 부품의 수요량, 각 비용 항목 등의 요소가 종합적으로 반영된다. 좋은 해 (solution)를 찾기 위해 단일 결합 알고리즘 (Single-combining algorithm)의 발견적 기법 (Heuristic approach)이 제시되었다. 여기서 자재 취급 비용을 최소화하기 위해 가공 셀 내에서 설비 순서를 결정하는 방법과 셀 내에서 자재 취급 비용을 산정하는 과정 등이 새롭게 제시되었다.
이 발견적 기법의 효율성을 최적해 (Optimal solution)의 통합시스템 비용과 비교하여 검증해 본 결과, Verma [67]가 제시한 알고리즘 보다 EER(최적해와 차이율)이 평균 0.9-1.2% 정도 우수한 것으로 나타났다. 또한, 일부의 경우에는 최적해와 동일한 해를 제공하였다.
향후에는 셀 간 이동이 허용되는 흐름생산 라인과 유연 생산시스템 (FMS)으로 확장 시키는 연구가 필요할 것으로 생각한다.
