Title (eng)
Assembly line balancing during a pandemic crisis
a modelling and solution approach considering collaborative robots and physical distancing constraints
Author
Nina Monika Findeisen
Advisor
Karl Franz Dörner
Assessor
Karl Franz Dörner
Abstract (deu)
Diese Arbeit untersucht das Assembly Line Balancing Problem mit kollaborativen Robotern (Cobots) vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie. Eine bestehende Montagelinie mit manuellen Stationen wird unter Berücksichtigung von Sicherheitsabständen sowie Kurzarbeit und Montagelinien-Erweiterung neu konfiguriert. Erforderliche Sicherheitsabstände zwischen Arbeitern werden berücksichtigt, indem die kostenminimierende Kombination von Kurzarbeitern und zusätzlichen Stationen gefunden wird, die die Anzahl der Arbeiter pro Station auf eins reduziert. Es wird eine gemischt-ganzzahlige quadratische Programmierformulierung (mixed-integer quadratic programming formulation) für die Planung von Montagelinien mit kollaborativen Robotern und Sicherheitsabständen entwickelt. Das Modell entscheidet über die Anzahl an Stationen im System, die Anzahl an Arbeitern in Kurzarbeit, die Zuordnung von Arbeitern und Robotern zu den einzelnen Stationen sowie die Verteilung der Arbeitsschritte auf die Ressourcen. Ziel ist es, die Gesamtkosten der Produktionslinie zu minimieren, welche aus Löhnen für reguläre Arbeiter, reduzierten Löhnen für Kurzarbeiter und Kosten für die Erweiterung der Montagelinie um neue Stationen bestehen. Zudem wird eine rechnerische Untersuchung mit Hilfe eines Simplex-Optimierers durchgeführt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Modell Entscheidungsträgern in Pandemie-Zeiten sinnvolle Unterstützung bei der Planung von Montagelinien bieten kann. Darüber hinaus zeigen sie, dass durch den Einsatz von kollaborativen Robotern erhebliche Produktivitäts-, Sicherheits- und Kostenvorteile erzielt werden können.
Abstract (eng)
This work investigates the assembly line balancing problem with collaborative robots against the background of the corona pandemic. An existing assembly line with manual workstations is reconfigured taking into account physical distancing constraints as well as short-time work and assembly line extension. Physical distancing constraints between workers are considered by finding the cost minimizing combination of short-time workers and additional stations that reduces the number of workers per station to one. A mixed-integer quadratic programming formulation for balancing and scheduling of assembly lines with collaborative robots and physical distancing constraints is developed. The model decides on the number of stations in the line, the number of workers in short-time work, the assignment of workers and robots to stations, and the distribution of workload to resources. The objective is to minimize the total costs of the production line including wages for regular workers, reduced wages for short-time workers, and costs for adding new stations to the line. Additionally, a computational study using a simplex optimizer is conducted. The results indicate that the model can provide useful support for decision makers during a pandemic crisis. Moreover, they show that the deployment of cobots can generate significant gains in terms of productivity, safety and cost efficiency.
Keywords (eng)
Assembly line balancingcollaborative robots (cobots)pandemiccoronashort-time workautomated manufacturing
Keywords (deu)
Assembly line balancingkollaborative RoboterPandemieCoronaKurzarbeitautomatisierte Fertigung
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
iv, 63 Seiten : Illustrationen
Number of pages
72
Study plan
Masterstudium Betriebswirtschaft
[UA]
[066]
[915]
Association (deu)
Title (eng)
Assembly line balancing during a pandemic crisis
a modelling and solution approach considering collaborative robots and physical distancing constraints
Author
Nina Monika Findeisen
Abstract (deu)
Diese Arbeit untersucht das Assembly Line Balancing Problem mit kollaborativen Robotern (Cobots) vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie. Eine bestehende Montagelinie mit manuellen Stationen wird unter Berücksichtigung von Sicherheitsabständen sowie Kurzarbeit und Montagelinien-Erweiterung neu konfiguriert. Erforderliche Sicherheitsabstände zwischen Arbeitern werden berücksichtigt, indem die kostenminimierende Kombination von Kurzarbeitern und zusätzlichen Stationen gefunden wird, die die Anzahl der Arbeiter pro Station auf eins reduziert. Es wird eine gemischt-ganzzahlige quadratische Programmierformulierung (mixed-integer quadratic programming formulation) für die Planung von Montagelinien mit kollaborativen Robotern und Sicherheitsabständen entwickelt. Das Modell entscheidet über die Anzahl an Stationen im System, die Anzahl an Arbeitern in Kurzarbeit, die Zuordnung von Arbeitern und Robotern zu den einzelnen Stationen sowie die Verteilung der Arbeitsschritte auf die Ressourcen. Ziel ist es, die Gesamtkosten der Produktionslinie zu minimieren, welche aus Löhnen für reguläre Arbeiter, reduzierten Löhnen für Kurzarbeiter und Kosten für die Erweiterung der Montagelinie um neue Stationen bestehen. Zudem wird eine rechnerische Untersuchung mit Hilfe eines Simplex-Optimierers durchgeführt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Modell Entscheidungsträgern in Pandemie-Zeiten sinnvolle Unterstützung bei der Planung von Montagelinien bieten kann. Darüber hinaus zeigen sie, dass durch den Einsatz von kollaborativen Robotern erhebliche Produktivitäts-, Sicherheits- und Kostenvorteile erzielt werden können.
Abstract (eng)
This work investigates the assembly line balancing problem with collaborative robots against the background of the corona pandemic. An existing assembly line with manual workstations is reconfigured taking into account physical distancing constraints as well as short-time work and assembly line extension. Physical distancing constraints between workers are considered by finding the cost minimizing combination of short-time workers and additional stations that reduces the number of workers per station to one. A mixed-integer quadratic programming formulation for balancing and scheduling of assembly lines with collaborative robots and physical distancing constraints is developed. The model decides on the number of stations in the line, the number of workers in short-time work, the assignment of workers and robots to stations, and the distribution of workload to resources. The objective is to minimize the total costs of the production line including wages for regular workers, reduced wages for short-time workers, and costs for adding new stations to the line. Additionally, a computational study using a simplex optimizer is conducted. The results indicate that the model can provide useful support for decision makers during a pandemic crisis. Moreover, they show that the deployment of cobots can generate significant gains in terms of productivity, safety and cost efficiency.
Keywords (eng)
Assembly line balancingcollaborative robots (cobots)pandemiccoronashort-time workautomated manufacturing
Keywords (deu)
Assembly line balancingkollaborative RoboterPandemieCoronaKurzarbeitautomatisierte Fertigung
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
72
Association (deu)
License
- Citable links
- Other links
- Managed by
- DetailsObject typeContainerCreated08.11.2021 12:10:26 UTC
- Usage statistics-
- Metadata
- Export formats