Planning quality and maintenance activities in a closed-loop-serial-multi-stage manufacturing system under different deterioration scenarios

Gomez Aguilar, Amauri Josafat (2025). Planning quality and maintenance activities in a closed-loop-serial-multi-stage manufacturing system under different deterioration scenarios. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (2MB) | Prévisualisation

Résumé

This thesis investigates joint part quality inspection and condition-based maintenance strategies for a closed-loop-serial-multi-Stage manufacturing system under three different deterioration scenarios. Each scenario comprises a serial-forward manufacturing system and a serial-reverse re-manufacturing system; both share a production line of five working machines that produce one product type throughout three labor shifts.

Constant wear, tear, fatigue, and aging processes lead closed-loop-serial-multi-stage manufacturing to experience three diverse deterioration scenarios. In the first scenario, a serial manufacturing production line suffers three different deterioration levels in all machines based on their operational complexity (The more complex the operation, the higher the deterioration factor). Rework and repair operations are considered for items classified as non-conforming; however, after failing the rework and repair operations, they will scrap.

In the second scenario, reverse re-manufacturing production is fed by collected items at the end of their useful life (EOL) from the same family type as those produced in the forward manufacturing system. The three deterioration levels (stable, incremental, and random) are presented in each working machine and quality inspection error types I and II. Due to the high risk of product re-manufacturing, machine deterioration and inspection errors, repair and rework operations are not allowed to reduce the chances of a high fraction of non-conforming items shipping.

The third scenario presents a more intricate situation where each machine of a closed-loop - serial-multi-stage manufacturing system experiences the three deterioration levels simultaneously in both forward and reverse echelons and quality inspection errors type I and II. However, to reduce the chances of non-conforming items shipping and increase the manufacturing systems surplus, scrap items, as well as EOL collected items, are re-utilized as raw materials in the re-manufacturing process.

The study's primary aim is to determine the optimal number and location for allocating part quality inspection and condition-based maintenance activities in each scenario to minimize the total cost associated with inspection, production, maintenance, scrap and penalties for nonconforming item production. The proposed tools rely on a Mixed-Integer-Linear Programming (MILP) model that incorporates production, quality and maintenance constraints, facilitating simulating the closed-loop-serial-multi-stage manufacturing system's behavior.

To demonstrate the effectiveness of our model, we conducted a series of different numerical experiments to find the optimal solution based on the quality of the proposed results.

Titre traduit

Planification de la qualité et des activités de maintenance dans un système de fabrication en série à plusieurs étapes et en boucle fermée, selon différents scénarios de détérioration

Résumé traduit

Cette thèse étudie les stratégies conjointes d'inspection de la qualité des pièces et de maintenance basée sur l'état pour un système de fabrication en série multi-étapes en boucle fermée dans trois scénarios de détérioration différents. Chaque scénario consiste en un système de fabrication en série vers l'avant et un système de réusinage en série vers l'arrière; les deux partagent une ligne de production de cinq machines qui produisent un type de produits au cours de trois quarts de travail.

L’usure constante, la fatigue et les processus de vieillissement conduisent le système de fabrication en série à plusieurs étapes en boucle fermée à connaître trois scénarios de détérioration différents. Dans le premier scénario, les lignes de production de fabrication et de reconditionnement subissent des niveaux de détérioration uniformes dans toutes les machines, indépendamment de leur complexité opérationnelle (plus l’opération est complexe, plus le facteur de détérioration est élevé).

Dans le second scénario, les lignes de production de reconditionnement avant et arrière sont confrontées à une augmentation qui correspond à la complexité de votre opération. La détérioration des machines augmente de manière exponentielle au cours des trois équipes de travail et des sept jours de travail utilisés comme scénarios d’essai. Dans le cadre de ce scénario, le niveau de détérioration est de l’ordre du million d’euros par jour, ce qui correspond à la complexité de votre opération.

Le troisième scénario présente une situation plus complexe dans laquelle chaque machine des deux échelons du système de fabrication subit des niveaux de détérioration aléatoires qui varient en fonction de l’équipe et de la période de test. Il n’y a pas de modèle prévisible et le facteur de détérioration est directement lié à la complexité du fonctionnement de chaque machine. Cette détérioration entraîne des niveaux de détérioration faibles et élevés, incohérents et imprévisibles, qui ne correspondent pas au type et à la complexité du fonctionnement de la machine.

L’objectif principal de l’étude est de déterminer simultanément le nombre et l’emplacement optimaux pour l’attribution des activités d’inspection de la qualité des pièces et de maintenance basée sur l’état dans chaque scénario afin de minimiser le coût total associé à l’inspection, à la production, à la maintenance, au rebut et aux pénalités pour la production d’articles non conformes. Les outils proposés reposent sur un modèle de programmation mixte entière linéaire (MILP) qui intègre des contraintes de production, de qualité et de maintenance, facilitant ainsi la simulation du comportement du système de fabrication en boucle fermée, en série et en plusieurs étapes.

Pour démontrer l’efficacité de notre modèle, nous avons mené une série d’expériences numériques différentes pour trouver la solution optimale basée sur la qualité des résultats proposés.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in automated manufacturing engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 223-233).
Mots-clés libres:	système en boucle fermée, fabrication en plusieurs étapes, inspection de la qualité, maintenance préventive, programmation linéaire en nombres entiers mixtes, optimisation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kenné, Jean-Pierre
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	17 sept. 2025 13:35
Dernière modification:	17 sept. 2025 13:35
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3686

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt