Högskolan i Skövde

The rapid changes in the market including globalization, the requirement for personalizedproducts and services by the customers, shorter product life-cycles, the exponential growthof technological advances, and the demographical changes, will demand organizations toeffectively improve and design their systems in order to survive. This is the actual paradigmcharacterizing the industrial and service sectors. This scenario presents a considerablechallenge to decision makers who will need to decide about how to design and improve amore than ever complex system without compromising the quality of the decision taken.Lean, being a widely applied management philosophy with very powerful principles, itsmethods and tools are static in nature and have some limitations when it comes to the designand improvement of complex and dynamic systems. Some authors have proposed thecombined use of simulation with Lean in order to overcome these limitations. Furthermore,optimization and post-optimization tools coupled to simulation, provide knowledge aboutoptimal or nearly optimal system configurations to choose from. However, even if Leanprinciples, methods and tools, as well as simulation and optimization, pursue the objectiveof supporting organizations regarding system design and improvement, a bilateral approachfor their combination and its benefits have barely been addressed in the literature.Many studies focus only on how specific Lean tools and simulation can be combined, treatingLean purely as a toolbox and not considering how Lean can support the simulation process.The aim of this research is to address this knowledge gap by analyzing the mutualbenefits and presenting a framework for combining Lean, simulation and optimization tobetter support decision makers in system design and improvement where the limitationsof Lean tools and simulation are overcome by their combination. This framework includesa conceptual framework explaining the relationships between the Lean philosophy, methodsand tools with simulation and optimization; the purposes for this combination and stepby step processes to achieve these purposes; the identification of the roles involved in eachprocess; a maturity model providing guidelines on how to implement the framework; existingbarriers for the implementation; and ethical considerations to take into account. Anindustrial handbook has also been written which explains how to deploy the framework.The research has been conducted in three main stages including an analysis of the literatureand the real-world needs, the definition and formulation of the framework, and finally, itsevaluation in real-world projects and with subject matter experts. The main contributionof this research is the reflection provided on the bilateral benefits of the combination, aswell as the defined and evaluated framework, which will support decision makers take qualitydecisions in system design and improvement even in complex scenarios.

De snabba förändringarna på marknaden såsom globalisering, ökat krav på personliga produkteroch tjänster från kunderna, kortare produktlivscykler, tekniska framsteg med exponentielltillväxt samt demografiska förändringar medför ökat krav på att organisationer effektivtförbättrar och utformar sina system. Detta är det nuvarande paradigmet som karaktäriserarindustri- och tjänstesektorerna. Det är ett scenario som utgör en stor utmaningför beslutsfattare, vilka kommer att behöva ta beslut i än mer komplexa system där det blirsvårare att utforma och förbättra system med bibehållen kvalitet. Lean är en allmänt tilllämpadproduktionsfilosofi med kraftfulla principer, med metoder och verktyg som är statiskatill sin natur vilka har begränsningar när det gäller utformning och förbättring avkomplexa och dynamiska system. En del författare har föreslagit den kombinerade användningenav simulering med Lean för att övervinna dessa begränsningar. Dessutom erbjudersimulering kombinerat med optimering och postoptimeringsverktyg genererandet av kunskapom optimala eller nästan optimala systemkonfigurationer. Även om både Lean-principermed dess metoder och verktyg och simulering syftar till att stödja organisationer vidutformning och förbättring av sina system tar litteraturen upp få fördelar med ett kombinerattillvägagångssätt. Flera studier fokuserar endast på hur specifika verktyg inom Leankan kombineras med simulering men behandlar inte hur Lean som filosofi kan stödja simuleringsprocessen.Syftet med denna forskning är att ta itu med denna kunskapsluckagenom att analysera fördelar med kombinationen Lean, simulering och optimering, samtbeskriva hur dess svagheter var för sig kan överbryggas när de kombineras. Resultatet presenterasi ett ramverk med beskrivning av dess genomförande, vilket syftar till att genereraett bättre beslutsstöd vid utformning och förbättring av komplexa och dynamiska system.Ramverket innefattar ett konceptuellt ramverk som förklarar relationerna mellan Lean-filosofin,dess metoder och verktyg, med simulering och optimering; olika ändamål för kombinationenbeskrivs, samt genomgång av steg för steg processer ges för att uppnå dessaändamål; identifiering av de roller som är inblandade i varje process beskrivs; en mognadsmodellpresenteras som ger riktlinjer för hur man implementerar ramverket; befintligahinder för genomförandet och etiska överväganden att ta hänsyn till lyfts också fram. Slutligenhar en industriell handbok skrivits som förklarar hur man ska implementera ramverket.Forskningen har genomförts i tre faser, bland annat en behovsanalys utifrån litteraturenoch verkliga projekt, definitionen av ramverket, och avslutningsvis utvärderas det genomverkliga projekt och med ämnesexperter. Huvudbidraget för denna forskning är reflektionenöver det extra utbytet med kombinationen Lean, simulering och optimering medXIIdess fördelar, vilket bygger på det framtagna ramverket och dess utvärdering. Där ramverkethar för avsikt att stödja beslutsfattare att fatta kvalitetsbeslut vid utformning och identifieringav förbättringar i sina system även i komplexa scenarier.

Adaptability and flexibility are becoming key concepts in manufacturing. Today manufacturing companies often have to deal with random disruptive events, which necessitates significantly more complex manufacturing systems. Mass customization (manufacturing customized products with mass production efficiency) has also considerably increased the complexity of facility layouts, that is, the physical arrangement of the different aspects required to create products in a factory. Design and improvement of facility layouts is considered a major industrial problem as it affects so many aspects of business. Even in industrialized countries with a long manufacturing history, it is common to find facility layouts that lack optimized flows of materials and products. The main reason for this state of affairs is usually a lack of long-term planning, commonly due to continuous changes and adaptations of the production systems in the layout. These problems are exacerbated by today’s shortened product life cycle.Simulation and optimization are well suited to improve complex manufacturing systems in which several events occur at the same time with unpredictable situations. Thus this thesis aims to investigate how simulation and optimization, and their combination – called simulation-based optimization – can support the redesign and improvement process for existing facility layouts. A literature review shows there is a gap in the field relating to a holistic approach to optimizing facility layouts taking into account production processes and internal logistics. “Holistic” as used here refers to the consideration of the processes and flows occurring in the facility layout, namely machining, assembly, and internal logistics. The aim of this thesis thus includes proposing a holistic methodology based on discrete-event simulation to optimize processes, flows, and internal logistics related to the facility layout.A methodology is defined as a logical set of methods, and in this thesis the methodology has been developed using a case study method with a design and creation strategy. This approach has been successful in identifying and overcoming both theoretical and empirical challenges in simulation-based optimization of facility layout design. The methodology was evaluated using functional resonance analysis method and industrial case studies, and it has proven to be effective for optimizing facility layouts. These results can thus serve as a guideline for engineers and staff involved in this type of layout project, and as a guideline for managers and stakeholders to support strategic decisions.

Anpassningsförmåga och flexibilitet är nyckelbegrepp för konkurrenskraft i den tillverkningsindustrin. Tillverkande företag står inför en ständigt förändrad omvärld som kräver betydligt mer komplexa produktionssystem än tidigare. Massiv kundanpassning av produkter (dvs. tillverkning av skräddarsydda produkter med massproduktionseffektivitet) är en av de faktorer som bidrar till en ökad komplexitet, inte minst i fabrikslayouterna. Framtagning och förbättring av fabrikslayouter anses vara en stor utmaning inom tillverkningsindustrin eftersom det påverkar så många olika aspekter av verksamheten. Även i länder med en lång tradition av industriell tillverkning är det vanligt att fabrikslayouter inte är optimerade med avseende på flödet av material och produkter. Den främsta orsaken till detta är ofta brist på långsiktig planering, vanligtvis på grund av kontinuerliga förändringar och anpassningar av produktionssystemen. Med alltjämt kortare produktlivscykler ökar problemen än mer.Simulering och optimering är väl lämpade för att hantera komplexa tillverkningssystem där flera händelser oförutsägbart inträffar samtidigt. Denna avhandling syftar till att undersöka hur simulering och optimering, och deras kombination – så kallad simuleringsbaserad optimering - kan stödja omdesign och förbättringar av befintliga fabrikslayouter. En genomgång av litteraturen visar att det finns få studier särskilt vad gäller en helhetssyn på optimering av fabrikslayouter, i denna avhandling benämnt med begreppet ”holistisk”. Med en holistisk ansats avses en samtidig inkludering av de processer och flöden som uppstår i fabrikslayout, produktion och intern logistik. Syftet med denna avhandling är att föreslå en holistisk metodologi baserad på diskret händelsestyrd simulering för att optimera fabriklayouter med hänsyn till processer, flöden och intern logistik.I avhandlingen har metodologin utvecklats baserats på fallstudier med en så kallad ”design and creation strategy”. Detta tillvägagångssätt har framgångsrikt lyckats identifiera och överbrygga både teoretiska och empiriska utmaningar i simuleringsbaserad optimering av fabrikslayouter. Metodiken har utvärderats med hjälp av funktionell resonansanalys och industriella fallstudier, och den har visat sig vara effektiv för att optimera fabrikslayouter. Resultaten från avhandlingen kan fungera som en riktlinje för ingenjörer och personal som är involverade i layoutprojekt, och som ett stöd för chefer och andra intressenter som tar strategiska beslut.