2015.TEL.7967
iv
Summary
At the sheet metal department at Fokker Aerostructures a high variety of low demand sheet metal products are produced for use in different aerospace assembly programs. The production process operates in a batch shop style of operations in order to cope with the high-variety and low-volume nature of the product mix. In order to ensure that the products are delivered on time, the release of production orders is planned by an ERP system and production order receive a planned start date. It is the task of the production planner to ensure that the different orders are released as close to this planned start date as possible. This task is however made more difficult because of batched release of production orders. Production orders are released in batches in order to be able to cut multiple order from the same sheet at the milling process, which is the first step in the production process. Orders are released in batches in order to reduce the material losses. This batched release does however reduce the effectiveness of the production process by increasing the variation of start of the production process and thereby increasing the level of work in progress.
The objective of this master thesis is determine the effects of using different sheet metal dimensions in the milling process on both the incurred material costs and the effectiveness of the downstream production process. Furthermore this research investigate if different functional process designs are able to improve the effectiveness the purchase and order release process. The scope of the research is limited to the process that takes place before the milling process step.
The production process is analyzed using a combination of Value Stream Mapping and the ‘PROPER’ model from the Delft Systems Approach. These analyses are performed, in combination with a quantitative and statistical analysis, in order to uncover the operational constrains and limitations of the current order release process. From these analyses it has become apparent that in the current functional design, sheets are purchased based on an expected material usage as calculated by the ERP system. The expected material usage is an overestimation of the actual material requirements. After receiving the different materials a custom milling pattern is created in the nesting process. In the nesting process the actual material requirements are uncovered. Due to the overestimation of material usage additional production orders are released in nesting process to use up the excess ordered sheet material. Therefore two alternative future states are designed, based on lean manufacturing principles, in order to mitigate the negative effects of this material use overestimation.
The different future state process designs are tested using a simulated model in order to analyze their effects the performance of the purchase and order release process. As part of the simulation model the nesting process is simulated using a greedy 2D bin packing algorithm.
First the current functional design is modeled in which the influence of alternative sets of sheet dimensions are tested. Moreover in this first model the influence of different purchase and order release process parameters is put forward. In the second future state model, named feedback control, the nesting process is performed just before purchase orders are created. Thereby in this future state it is possible to determine the size of the purchase order based on the actual material usage. In the last future state, Kanban control for purchase orders is introduced in combination with using a two bin inventory of raw sheet material. Again in this model the purchase orders are based on the actual material usage instead of the overestimation of material usage as calculated by the ERP system in the current operation.
The material efficiency of the different functional designs is judged based on the total material costs as calculated by the simulation model. The effectiveness of the different future states is determined
2015.TEL.7967
v
based on the variation in the OTP of the order release process. Additionally the effectiveness is judge based on the average number of production orders that are released in a batch.
From the simulation model it can be concluded that by changing the sheet dimensions of 20 out of a total of 86 material groups, a cost reduction of 12.500 euro can be achieved. Furthermore it can be concluded that the purchase and order release process is improved the most when implementing a Kanban control method for the replenishing of sheet material. Both the material costs as well as the effectiveness of the production process is improved the most when implementing this future state design. Variation in the OTP of the order release process can be reduced by an estimated 16%. Furthermore Kanban control reduces the average number of production order released per batch by 10%. Additionally from the simulation model it has become apparent that in the current production process design at least 6.3% of the production volume is comprised out of ineffective work release caused by the overestimation of material usage. This ineffective work release comprises out of the increase of production order batch sizes and the additional excessive early release of production orders. This ineffective work is released in order to use up the sheets that are ordered in excess of the actual material requirements. Both in feedback and Kanban control this overestimation of material usage is remove which in turn reduces the level of overproduction and increases the effectiveness of the downstream production process. The implementation of this control method is however only partially feasible because of the limitation in available storage space. Feedback control offers a good alternative for those material groups that cannot be controlled via Kanban. This functional process designs offers the same material efficiency with a slightly lesser increase of process effectiveness. This future state model offers similar results for the reduction of overproduction and an equal decrease of average number of orders that are released in a batch. The variation in OTP of this future state model is however reduced by 3% in comparison to the current process design.
2015.TEL.7967
vi
Summary (in Dutch)
Bij de plaatwerk afdeling bij Fokker Aerostructures wordt een hoge verscheidenheid van lage volume plaatwerk producten geproduceerd voor gebruik in de verschillende aerospace assemblage programma's. Het productieproces werkt in een batch shop stijl van processen om om te kunnen gaan met de hoge-variëteit en low-volume aard van de productie mix. Om ervoor te zorgen dat de producten op tijd geleverd, wordt de vrijgiften van productieorders gepland door een ERP-systeem en ontvangen de verschillende productieorders een geplande startdatum. Het is de taak van de productie planners om de verschillende orders zo dicht mogelijke bij deze geplande startdatum vrij te geven. Deze taak wordt echter bemoeilijkt doordat productieorders in batches worden vrijgegeven. De vrijgiften gebeurt in batches om er voor te kunnen zorgen dat meerdere orders van uit hetzelfde plaat materiaal kunnen worden gesneden in het freesproces. Het frees proces is de eerste stap in het productieproces van de verschillende orders. In dit proces worden meerdere producten uit dezelfde platen gesneden om materiaal verliezen te besparen. Deze batchwijze vrijgave heeft echter een negatieve effect of de effectiviteit van het downstream productie proces. Dit komt omdat er extra verstoringen ontstaan in het begin van het productie proces en omdat er een hoger Work in Progress niveau ontstaat.
Het doel van deze scriptie is om het effect van het gebruik van verschillende plaat afmeting in het frees proces op de materiaal efficiency en de effectiviteit van het downstream productieproces te bepalen. Bovendien heeft deze scriptie als doel te onderzoeken of dat alternatieve functionele proces ontwerpen in staat zijn om de effectiviteit van het aankoop en order vrijgiften proces te verbeteren. De scope van dit onderzoek is gelimiteerd tot de processen die plaatsvinden vóór het frees proces. Het productieproces wordt geanalyseerd met behulp van een combinatie van Value Stream Mapping en de 'PROPER' model van de Delft Systems Approach. Deze analyses worden uitgevoerd, in combinatie met een kwantitatieve en statistische analyse, met het doel om de operationele beperkingen en nadelen van het huidige ordervrijgiften proces onthullen. Uit deze analyse is gebleken dat in het huidige functioneel ontwerp, platen worden gekocht op basis van een verwacht materiaal gebruik berekend door het ERP-systeem. Het verwachte gebruik materiaal is een overschatting van de werkelijke materiële behoefte. Na ontvangst van de verschillende materialen wordt een aangepaste freespatroon gemaakt in het nest proces. In dit nest proces wordt de werkelijke materiaal behoefte bepaald. Als gevolg van de overschatting van materiaalgebruik extra worden productieorders vrijgegeven in nesten proces om de excessief bestelde plaatmateriaal op te gebruiken.
Om de negatieve gevolgen dan deze materiaal overschatting te voorkomen zijn twee alternatieve future state model ontworpen. Deze alternatieve functionele proces ontwerpen zijn gebaseerd op lean manufacturing principes. De verschillende toekomstige future state modellen worden getest met behulp van een simulatiemodel om hun invloed op de prestaties van het inkoop en ordervrijgiften proces te analyseren. Als onderdeel van het simulatiemodel wordt het nestproces gesimuleerd met behulp van een greedy 2D bin packing-algoritme.
Eerst wordt de current state model gesimuleerd, hierbij wordt de invloed van alternatieve sets van plaatafmetingen bepaald. Bovendien wordt in dit eerste model de invloed van verschillende inkoop en ordervrijgiften parameters bepaald.
In het tweede functionele ontwerp, feedback control, wordt het nest proces naar voren verplaatst naar vóór het inkoop proces. Hierdoor wordt de bestelhoeveelheid gebaseerd op de werkelijke materiaal behoefte en wordt er niet langer gebruik gemaakt van een (over)schatting van materiaal gebruik.
2015.TEL.7967
vii
In de laatste future state wordt een Kanban control ingevoerd in combinatie met een two bin inventaris van ruw plaat materiaal. Hierdoor worden inkoop orders pas gemaakt op het moment dat de platen daadwerkelijk zijn gebruikt. Ook in dit model worden inkoop order gebaseerd op het werkelijke materiaalgebruik in plaats van de (over)schatting zoals in het huidige proces.
De materiaalefficiëntie van de verschillende functionele proces ontwerpen wordt beoordeeld op basis van totale materiaal kosten zoals berekend door het simulatie model. De effectiviteit van de verschillende alternatieve future states wordt beoordeeld op basis van de variatie in de OTP van het ordervrijgiften proces. Bovendien wordt de effectiviteit bepaald op basis van het gemiddeld aantal productie orders dat in een batch wordt vrijgegeven.
Uit het simulatiemodel kan worden geconcludeerd dat door het veranderen van de plaatafmetingen van 20 uit in totaal 86 materiaalgroepen, een kostenreductie van 12,500 euro worden bereikt. Verder kan worden geconcludeerd dat het aankoop en ordervrijgave proces het meest verbetert bij de invoering van een Kanban besturingswerkwijze voor het bijvullen van plaatmateriaal. Zowel de materiële kosten als de effectiviteit van het productieproces wordt het meest verbetert bij de invoering van deze future state. Die variatie in de OTP van het ordervrijgiften proces kan met een geschatte 10% worden verminderd. Bovendien vermindert Kanban control het gemiddeld aantal productie orders dat in een batch word vrijgegeven met 10% Bovendien is uit het simulatiemodel gebleken dat in het huidige productieproces ten minste 6,3% van het total productievolume bestaat uit ineffectief vrijgegeven werk als gevolg van de overschatting van materiaalgebruik. Dit ineffectieve werk bestaat uit de toename van de seriegrootte van de verschillende productieorders en de extra afgifte van te vroeg vrijgegeven werk. Dit ineffectieve werk wordt vrijgegeven om het te veel aan bestelde aantal platen, door overschatting van materiaalbehoefte, alsnog op te gebruiken. Zowel feedback als Kanban control elimineren deze overschatting van materiaal gebruik. Dit zorgt er voor dat in deze twee future state modellen er een afname is van overproductie en een daar aan gekoppelde verhoging van de effectiviteit van het downstream productieproces. De totale invoer van Kanban control is echter niet mogelijk door beperkingen in de beschikbare opslagruimte voor plaat materiaal. Feedback control is een goed alternatief voor de materiaalgroepen welke niet via Kanban control kunnen worden aangestuurd. Dit functionele procesontwerp biedt dezelfde materiaalefficiëntie met een iets geringer toename van de proceseffectiviteit. Deze future state biedt vergelijkbare resultaten voor de vermindering van overproductie en een gelijke afname van het gemiddeld aantal orders dat in een batch word vrijgegeven. De variatie in OTP van deze future state wordt echter verslechterd met 3% in vergelijking met het huidige proces ontwerp.
