Increasing process reconfigurability and quality in HMLV assembly lines using Industry 4.0 : A case study in the automotive industry

Autor: Bazarkhuu, Dagvadorj, Dannert, Evelina
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: The automotive industry is responsible for substantial emissions and is therefore transitioning to the new market of electromobility. With changing market conditions and uncertain demand, frequent product launches and customization are increasingly common. Responsiveness has also gained importance, which is why one way to manage the constant change is to use High-Mix-Low-Volume (HMLV) assembly lines. These produce multiple products but at lower volumes, and are characterized by their reconfigurability, i.e., capability to adapt their capacity as well as functionality. The HMLV assembly lines often have high product and process complexity. As a result, standardization and automation of the processes become difficult to realize. Instead, they are dependent on multi-skilled operators and flexible equipment to ensure high quality. Still, the industry continues progressing towards automation and connectivity. Industry 4.0 may facilitate this objective, as well as enhanced reconfigurability and quality in assembly, but despite the increasing interest in the field on Industry 4.0 and related concepts, there is limited research on its potential application for HMLV assembly lines. This report therefore studies the potential of Industry 4.0 to be implemented as a way to combine the strive for increased digitalization with the demand for customization and responsiveness. More specifically, the aim was to provide insights on how Industry 4.0 can improve process reconfigurability and quality in HMLV assembly lines, and to investigate the enablers and barriers to its implementation. To do this, a semi-structured literature review and a multi-case study were conducted. In total, six cases of varying characteristics were investigated through a series of unstructured and semi-structured interviews, site visits and direct observations. Industry 4.0 is built on Cyber-Physical Systems (CPS), which revolves around the integration of physical and digital assets in the manufacturing process. It was found that Industry 4.0 components could improve the reconfigurability and quality at HMLV assembly lines. The literature review presented a framework consisting of six features of reconfigurability: modularity, customization, scalability, convertibility, integrability and diagnosability. Most of these could directly or indirectly be enhanced by Industry 4.0 applications. For example, standardized interfaces in hardware and software were deemed essential for integrability. Mobile modular workstations such as AGVs (Automated Guided Vehicles) were examples of a key asset for scalability and convertibility. Availability, accessibility, and accuracy in data from operations, and effective analytics of the data, could improve modularity and customization. It could also improve diagnosability through predictive maintenance. Connectivity was a prerequisite for systematic data management which could also positively impact the quality. Data enabled a better understanding of processes and was the first step towards improvement. Having real-time data and visualizing it could lead to optimized planning and to addressing issues such as deviations close to the source. Another technology which could improve quality was for example augmented reality for operator training. Several enablers and barriers for Industry 4.0 implementation were identified. The most important enablers were the current paradigm shift towards digitalization, the alignment with agile working ways, collaboration between IT (agile) and production (waterfall/lean), and the synergy between reconfigurable systems and Industry 4.0 implementation. The most prevalent barriers were the lack of IT resources in production, legacy systems and equipment with established ways of working, and the integration of a segregated portfolio of systems. Finally, a recommendation is that all parts of the production system should be reconfigurable: equipment, systems and operators, and the way of working should be compatible with the philosophy.
Fordonsindustrin står för omfattande utsläpp och genomgår därför en övergång till den nya marknaden e-mobilitet. Med förändrande marknadsvillkor och osäker efterfrågan är frekventa produktlanseringar och specialanpassade produkter vanligt förekommande. Responsivitet har också blivit allt viktigare, varför en vanlig lösning för att möta konstant förändring är genom användandet av monteringslinor med hög mix och låg volym (HMLV). Dessa linor producerar flera olika produkter av lägre volym och karaktäriseras av sin rekonfigurerbarhet, det vill säga deras förmåga att anpassa sin kapacitet såväl som funktionalitet. Denna typ av monteringslinor har ofta hög produkt- och processkomplexitet vilket resulterar i att standardisering och automation av processerna blir svårt att realisera. Istället är de beroende av skickliga operatörer samt flexibel utrustning för att säkerställa hög kvalitet. Trenden är dock att industrin går mot högre nivåer av automation och uppkoppling. Industri 4.0 skulle kunna möjliggöra dessa mål, samt bidra till ökad rekonfigurerbarhet och kvalitet i montering, men trots det ökande intresset inom området Industri 4.0 och relaterade koncept är forskningen gällande dess potentiella tillämpning i HMLV monteringslinor begränsad. Denna rapport studerar därför potentialen för Industri 4.0 att tillämpas som ett sätt att kombinera strävan mot digitalisering med efterfrågan av specialanpassade produkter och responsivitet. Mer specifikt ämnar rapporten ge inblick i hur Industri 4.0 kan förbättra rekonfigurerbarheten och kvaliteten i monteringslinor med hög mix och låg volym, och att utreda både möjliggörande och hindrande faktorer för dess implementering. Metoden som använts för att göra detta har varit en semistrukturerad litteraturstudie samt en flerfallsstudie. Totalt studerades sex fall genom en serie ostrukturerade och semistrukturerade intervjuer, studiebesök och observationer. Industri 4.0 bygger på principen om cyberfysiska system, vilket handlar om integration av fysiska och digitala komponenter i tillverkningsprocessen. Det visade sig att komponenter av Industri 4.0 på flera sätt kan förbättra rekonfigurerbarhet och kvalitet för HMLV monteringslinor. Litteraturstudien presenterade ett ramverk bestående av sex egenskaper för att uppnå rekonfigurerbarhet. Dessa var: modularitet, specialanpassning, skalbarhet, konverterbarhet, integrerbarhet och diagnostiserbarhet. Majoriteten av dessa kunde direkt eller indirekt främjas med hjälp av Industri 4.0-applikationer. Exempelvis bedömdes standardiserade gränssnitt i hård- och mjukvara vara väsentligt för integrerbarhet. Mobila, modulära arbetsstationer såsom AGVer (Automatic Guided Vehicles) var exempel på en nyckeltillgång för skalbarhet och konverterbarhet. Tillgång till giltig data och effektiv analys av datan kunde förbättra modularitet och specialanpassning. Det kunde också förbättra diagnostiserbarheten genom proaktivt underhållsarbete av maskiner. Uppkoppling sågs som en förutsättning för systematisk datahantering vilket också kunde ha en positiv inverkan på kvaliteten. Data möjliggjorde ökad förståelse för processer och var därmed ett första steg mot förbättringar. Med hjälp av realtidsdata och visualisering av denna kunde planering optimeras och avvikelser adresseras nära källan. Ytterligare teknik som kunde förbättra kvalitet var exempelvis augmented reality (AR) för effektiv träning av operatörer. Ett flertal möjliggörande och hindrande faktorer för tillämpning av Industri 4.0 identifierades. De viktigaste möjliggörarna var den rådande digitaliseringen, samarbete mellan IT (agilt) och produktion (waterfall/lean), synergier mellan rekonfigurerbara system och Industri 4.0-implementering samt mellan Industri 4.0 och agila arbetssätt. De viktigaste barriärerna var brist på IT-resurser i produktion, utdaterade system och utrustning, samt integreringen mellan en uppsjö av skilda system. Slutligen presenterades rekommendationer, varav ett centralt råd var att alla delar av ett produktionssystem, det vill säga utrustning, system och operatörer, bör göras rekonfigurerbara.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: