Flow shop scheduling of multi phase plywood production with parallel machines

Abstract

Plywood production scheduling is a difficult and time consuming task as multiple orders, different machines and material usage have to be simultaneously taken into account. The problem is particularly very difficult on resources that have sequence dependent setup times like on bonding and coating machines. Those two are also the resources that dictate the schedules on other machines and therefore they are usually scheduled first.

In this Thesis, a mixed integer linear program is formulated for solving the scheduling problem of bonding and coating machines. The purpose of the model is to make a good schedule in terms of setup times, selected operations and waiting time in an intermediate storage. The model has to be solved fast enough to be useful in a daily work of production planners. In the Thesis, different approaches to make the scheduling faster are introduced and studied in terms of a solution time and a goodness of the solution using two example cases. Later a real-world implementation of the scheduling model that is solved using a commercial optimization solver is introduced and its usefulness is evaluated based on end users feedback. The results from the example cases and user interviews show that the model is able to produce useful schedules and make the daily planning work of the production planners easier.

Even though scheduling has recently been widely studied in the literature, production scheduling in plywood industry has received very little attention. However, in related industries such as paper production, there are multiple studies in different problem setups. This thesis tries to reduce this gap in the literature by presenting a mixed integer linear programming based approach to solve the plywood scheduling problem.

Vanerituotannon aikataulutus on haastava ja aikaa vievä tehtävä johtuen työstövaiheista eri laitteilla, materiaalien käytöstä ja suuresta määrästä tilauksia, jotka kaikki tulee ottaa samanaikaisesti huomioon. Tehtävä on vaikea erityisesti laitteilla, joissa on järjestyksestä riippuva vaihtoaika, kuten ladonta- ja pinnoituslaitteilla. Nämä kaksi laitetta ohjaavat aikataulutuksen myös muilla laitteilla ja siksi aikataulu niillä suunnitellaan yleensä ensin.

Tässä työssä formuloidaan lineaarinen sekalukuoptimointimalli aikataulutusongelman ratkaisemiseksi ladonta- ja pinnoituslaitteilla. Mallin tavoitteina on luoda hyvä aikataulutus vaihtoaikojen, valittujen operaatioiden ja välivarastossa kuluvan odotusajan suhteen. Mallin tulee luoda tuotantoaikataulu niin nopeasti, että se on hyödyllinen tuotannonsuunnittelijoiden päivittäisessä työssä. Tässä työssä esitellään myös erilaisia lähestymistapoja nopeuttaa aikataulutuksen ratkaisemista, joita tutkitaan kahden esimerkkitapauksen kautta aiktaulutuksen laadun ja ratkaisunopeuden suhteen. Myöhemmin työssä esitellään käytännön toteutus aikataulutusmallista, joka ratkaistaan käyttäen kaupallista optimointiohjelmistoa. Toteutuksen hyödyllisyyttä arvioidaan loppukäyttäjiltä kerätyn palautteen perusteella. Esimerkkitapausten tulosten ja loppukäyttäjien kommenttien perusteella voidaan sanoa, että malli pystyy tuottamaan hyödyllisiä aikatauluehdotuksia ja helpottamaan päivittäistä tuotannonsuunnittelijoiden aikataulutustyötä.

Vaikka skedulointia on viime aikoina tutkittu laajasti kirjallisuudessa, tuotannon aikataulutus vaneriteollisuudessa ei ole juurikaan saanut huomiota. Esimerkiksi eri teollisuuden aloilla, kuten paperiteollisuudessa, skedulointia on tutkittu laajasti erilaisista asetelmista. Tämä työ pyrkii täydentämään kirjallisuutta esittelemällä lineaarisen sekalukuoptimointiin pohjautuvan ratkaisun vaneriaikataulutusongelman ratkaisemiseksi.