Development of an optimization method for the material flow computation and the automatic layout generation of conveyor systems

Abstract

[ES] En el sector industrial, los crecientes costos logísticos y el considerable esfuerzo requerido para diseñar configuraciones óptimas de sistemas de transporte representan desafíos significativos. La tarea de idear las mejores configuraciones y calcular los flujos de materiales para estos sistemas a menudo es laboriosa y consume muchos recursos. Las metodologías existentes se centran principalmente en la optimización de los flujos de materiales, pero no abordan adecuadamente la necesidad de una disposición óptima del sistema de transporte, lo que agrava estas dificultades.

Esta tesis introduce un enfoque innovador y bifurcado para abordar estos desafíos. Se han desarrollado dos modelos de optimización: el Modelo de Optimización de Flujo de Materiales y el Modelo de Optimización de Ubicación de Transportadores. Estos modelos consideran una variedad de entradas y restricciones, con el objetivo de agilizar el proceso de diseño del esquema y el cálculo del flujo de materiales. En consecuencia, este enfoque puede contribuir a una reducción en los costos logísticos en general, particularmente aquellos asociados con el diseño del esquema.

El Modelo de Optimización de Flujo de Materiales está diseñado para minimizar los costos totales de movimiento de materiales y el uso de curvas, que suelen ser áreas de alto desgaste y consumo de energía. El objetivo es crear un flujo óptimo de materiales que sea rentable y minimice el desgaste del sistema.

Una vez calculado el flujo de materiales óptimo, se emplea el Modelo de Optimización de Ubicación de Transportadores. Notablemente, este modelo emplea la geometría de los transportadores de la vida real, reflejando con precisión las restricciones y requisitos prácticos. Su objetivo es minimizar la distancia total entre los componentes del transportador y el flujo de materiales óptimo, según lo determinado por el modelo anterior. Este enfoque mejora la eficiencia y reduce tanto el desgaste como el consumo de energía.

Ambos modelos se han implementado en C#, y se ha evaluado exhaustivamente su rendimiento y calidad de la solución. Esta tesis presenta los resultados de estas evaluaciones, demostrando el potencial de los modelos propuestos para reducir significativamente los costos logísticos y optimizar los esquemas de sistemas de transporte. Al incorporar la geometría de los transportadores del mundo real y crear flujos de materiales optimizados, estos modelos aportan un enfoque revolucionado para el diseño y optimización del esquema del sistema de transportadores, estableciendo un nuevo estándar en la industria.

[EN] In the industrial sector, escalating logistics costs and the considerable effort required for designing optimal layouts of conveyor systems pose significant challenges. The task of devising the best configurations and calculating material flows for these systems is often laborious and resource-intensive. Existing methodologies primarily focus on optimizing material flows, but they inadequately address the need for optimal conveyor system layout, thus exacerbating these difficulties.

This thesis introduces an innovative, two-pronged approach to tackle these challenges. Two optimization models have been developed: the Material Flow Optimization Model and the Conveyor Placement Optimization Model. These models consider a variety of inputs and constraints, aiming to streamline the layout design process and material flow computation. Consequently, this approach can contribute to a reduction in overall logistics costs, particularly those associated with the layout design.

The Material Flow Optimization Model is designed to minimize the total costs of material movement and the usage of curves, which are typically areas of high wear and energy consumption. The goal is to create an optimal flow of materials that is cost-effective and minimizes system wear.

Upon computation of the optimal material flow, the Conveyor Placement Optimization Model is employed. Notably, this model employs the geometry of real-life conveyors, accurately reflecting practical constraints and requirements. It aims to minimize the total distance between the conveyor components and the optimal material flow, as determined by the prior model. This approach enhances efficiency and reduces both wear and energy consumption.

Both models have been implemented in C#, and their performance and solution quality have been thoroughly evaluated. This thesis presents the results of these evaluations, demonstrating the potential of the proposed models to significantly reduce logistics costs and optimize conveyor system layouts. By incorporating real-world conveyor geometry and creating optimized material flows, these models bring a revolutionized approach to conveyor system design and layout optimization, setting a new standard in the industry.