The shipbuilding industry represents a critical sector for many countries’ national economy and impacts direct and induced employment. It involves a vast and intricate network of links and exchanges among the sector itself and other industries. This network is embedded in a complex logistical operations system that represents one of the main pillars supporting the phenomenon of non-core functions outsourcing that has been characterising the shipbuilding sector since the last decades and has promoted the growth of a Global Value Chains (GVC). One of the main challenges of this GVC is the management of an increasingly extensive network of suppliers. In particular, in this work, we consider the fabrication of the hulls, which are built in sections called blocks, whose production usually is entrusted to specialised suppliers that cut, bend, shape and weld steel slabs and profiles together to obtain the subassemblies that will be one by one put together in the shipyard to obtain the whole hull. In these phases, the coordination between steel mill, subassembly centres and shipyards is fundamental. Each involved site should have a very high degree of efficiency to achieve this coordination, which cannot but pass through continuous processes optimisation. One of this process is represented by managing the steel slabs: steel plates that can weigh up to more than 13 tons and whose extension can reach 46 m^2. Due to their physical characteristics, steel slabs are stored in stacks. The storage and retrieval of the steel slabs from the stack concern all the involved sites (steel mill, subassembly centres and shipyards) and represent one of the main issues to overcome to avoid bottlenecks in the production process. Indeed, being the slabs stacked one on the other, when a slab is not on the top of its stack, to retrieve it, a shift of the elements above the target one is necessary. Each shift is called “shuffle”, and the less is the number of shuffles, the faster is the retrieval process. In literature, one of the problems related to the retrieval of steel slabs stored in stacks is known as the Slab Stack Shuffling (SSS) problem. In this work, after a review of the existing body of literature, we propose a new framework to collect all the elements that characterise the SSS problem in the most diverse contexts in which it occurs. Then, the works on this problem are placed in the proposed framework to bring out the gaps to fill. Downstream of the framework, we present some mathematical models and a relative heuristics approach to extend the application context. We introduce new features related explicitly to cutting/assembly centres that the SSS problems analysed at state of the art have never considered. Finally, the heuristic approach’s efficiency is compared with the model results through experimentation conducted on ad-hoc generated instances.

L'industria cantieristica rappresenta un settore critico per l'economia nazionale di molti paesi e ha un impatto sull'occupazione diretta e indotta. Questa coinvolge di una vasta e intricata rete di collegamenti e scambi tra il settore stesso e altre industrie. Tale rete è inserita in un complesso sistema operativo logistico che rappresenta uno dei pilastri principali a sostegno del fenomeno dell'outsourcing delle funzioni non core che ha caratterizzato il settore navale negli ultimi decenni e ha promosso la crescita di una Catena del Valore Globale (GVC). Una delle principali sfide di questa GVC è la gestione di una rete sempre più ampia di fornitori. In particolare, in questo lavoro, consideriamo la fabbricazione degli scafi, che sono costruiti in sezioni chiamate blocchi, la cui produzione di solito è affidata a fornitori specializzati che tagliano, piegano, modellano e saldano insieme lamiere e profili in acciaio per ottenere i sottoassiemi che saranno uno ad uno messi insieme in cantiere per ottenere l'intero scafo. In queste fasi, il coordinamento tra acciaieria, centri di taglio e assemblaggio e i cantieri navali è fondamentale. Ogni sito coinvolto dovrebbe avere un grado di efficienza molto elevato per raggiungere questo coordinamento, che non può che passare attraverso l'ottimizzazione continua dei processi. Uno di questi processi è rappresentato dalla gestione delle lamiere d'acciaio: piastre di acciaio che possono pesare fino 13 tonnellate e la cui estensione può raggiungere i 46 m^2. A causa delle loro caratteristiche fisiche, le lamiere di acciaio sono conservate in pile. Lo stoccaggio e il recupero delle lamiere di acciaio dalla pila riguardano tutti i siti interessati (acciaieria, centri di taglio e assemblaggio e cantieri navali) e rappresentano uno dei problemi principali da superare per evitare colli di bottiglia nel processo produttivo. Infatti, essendo le lamiere impilate una sull'altra, quando una lamiera non si trova in cima alla sua pila, per recuperarla, è necessario spostare gli elementi sovrastanti. Ogni spostamento è chiamato "shuffle", e minore è il numero di shuffle, più veloce è il processo di recupero. In letteratura, uno dei problemi legati al recupero di lamiere d'acciaio immagazzinate in pile è noto come Slab Stack Shuffling problem (SSS). In questo lavoro, dopo una revisione del corpus letterario esistente, proponiamo un nuovo framework per raccogliere tutti gli elementi che caratterizzano lo SSS problem nei contesti più diversi in cui si verifica. I lavori su questo problema vengono quindi inseriti nel framework proposto per far emergere i gap da colmare. A valle del framework, presentiamo alcuni modelli matematici e un relativo approccio euristico per estendere il contesto applicativo. Introduciamo nuove funzionalità relative esplicitamente ai centri di taglio e assemblaggio che i problemi SSS analizzati allo stato dell'arte non hanno mai preso in considerazione. Infine, l'efficienza dell'approccio euristico viene confrontata con i risultati del modello attraverso una sperimentazione condotta su istanze generate ad-hoc.

(2021). Modelli e metodi per lo Slab Stack Shuffling problem . Retrieved from http://hdl.handle.net/10446/187498

Modelli e metodi per lo Slab Stack Shuffling problem

CAVOLA, Manuel
2021-07-12

Abstract

The shipbuilding industry represents a critical sector for many countries’ national economy and impacts direct and induced employment. It involves a vast and intricate network of links and exchanges among the sector itself and other industries. This network is embedded in a complex logistical operations system that represents one of the main pillars supporting the phenomenon of non-core functions outsourcing that has been characterising the shipbuilding sector since the last decades and has promoted the growth of a Global Value Chains (GVC). One of the main challenges of this GVC is the management of an increasingly extensive network of suppliers. In particular, in this work, we consider the fabrication of the hulls, which are built in sections called blocks, whose production usually is entrusted to specialised suppliers that cut, bend, shape and weld steel slabs and profiles together to obtain the subassemblies that will be one by one put together in the shipyard to obtain the whole hull. In these phases, the coordination between steel mill, subassembly centres and shipyards is fundamental. Each involved site should have a very high degree of efficiency to achieve this coordination, which cannot but pass through continuous processes optimisation. One of this process is represented by managing the steel slabs: steel plates that can weigh up to more than 13 tons and whose extension can reach 46 m^2. Due to their physical characteristics, steel slabs are stored in stacks. The storage and retrieval of the steel slabs from the stack concern all the involved sites (steel mill, subassembly centres and shipyards) and represent one of the main issues to overcome to avoid bottlenecks in the production process. Indeed, being the slabs stacked one on the other, when a slab is not on the top of its stack, to retrieve it, a shift of the elements above the target one is necessary. Each shift is called “shuffle”, and the less is the number of shuffles, the faster is the retrieval process. In literature, one of the problems related to the retrieval of steel slabs stored in stacks is known as the Slab Stack Shuffling (SSS) problem. In this work, after a review of the existing body of literature, we propose a new framework to collect all the elements that characterise the SSS problem in the most diverse contexts in which it occurs. Then, the works on this problem are placed in the proposed framework to bring out the gaps to fill. Downstream of the framework, we present some mathematical models and a relative heuristics approach to extend the application context. We introduce new features related explicitly to cutting/assembly centres that the SSS problems analysed at state of the art have never considered. Finally, the heuristic approach’s efficiency is compared with the model results through experimentation conducted on ad-hoc generated instances.
12-lug-2021
33
2019/2020
TECHNOLOGY, INNOVATION AND MANAGEMENT
BRUNO, GIUSEPPE
Cavola, Manuel
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