optimizing modular product design for reconfigurable manufacturing

8
Journal of Intelligent Manufacturing, 13, 309±316, 2002 # 2002 Kluwer Academic Publishers. Manufactured in The Netherlands. Optimizing modular product design for recon®gurable manufacturing AHMET S. YIGIT, 1 A. GALIP ULSOY 2 and ALI ALLAHVERDI 1 1 Department of Mechanical and Industrial Engineering, Kuwait University, P.O. Box 5969 Safat 13060, Kuwait 2 Department of Mechanical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109-2125, USA Received November 2000 and accepted May 2001 The problem of optimizing modular products in a recon®gurable manufacturing system is addressed. The problem is ®rst posed as a generalized subset selection problem where the best subsets of module instances of unknown sizes are determined by minimizing an objective function that represents a trade-off between ``the quality loss due to modularization'' and the cost of recon®guration while satisfying the problem constraints. The problem is then formulated and solved as an integer nonlinear programming problem with binary variables. The proposed method is applied to the production of a modular drive system composed of a DC motor and a ball screw. The study is a ®rst attempt toward developing a systematic methodology for manufacturing modular products in a recon®gurable manufacturing system. Keywords: Modular products, product design, recon®gurable manufacturing, optimization, integer programming 1. Introduction A new manufacturing paradigm called recon®gurable manufacturing systems (RMS) is emerging to address the needs caused by rapidly changing markets and rapid introduction of new products (Koren et al., 1999). A recon®gurable manufacturing system is designed for rapid adjustment of production capacity and functionality, in response to new circumstances, by rearrangement or change of its components. These new systems provide exactly the functionality that is needed exactly when it is needed (Mehrabi et al., 2000). Therefore, a RMS is designed to be easily recon®gured such that it is able to process a family of parts and accommodate new and unanticipated changes in the product design and processing needs. The utility of a RMS is greatly increased if it is designed for production of modular products, where the combinations of individual modules form the product. The term modularity is used to describe the use of common units to create product variants (Huang and Kusiak, 1998). Through modularity, the number of parts to be manufactured for a product family may be signi®cantly reduced while achieving suf®cient variety by combination of different modules (see Fig. 1). In general each module may have more than one instance. The different instances provide the sizes and capabilities that are required by the desired product variety, and together they form the part family. The modular products in the part family are all the variants (i.e., A i B j ; i 1; 2; 3; j 1; 2) shown in Fig. 1. A particular con®guration of the RMS for a particular module can then be used to produce a particular instance of the part family (see Fig. 2). The ®rst production line (RMS-A) can be quickly and cost effectively recon®gured, as needed in response to market demand to produce any instance of module A (i.e., A i ; i 1; 2; 3). Similarly, the second production

Upload: rene-d-arrieta

Post on 19-Jan-2016

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

������� �� ����� �� ����������� � ��� �������� ����

� ���� ������ �������� ������ ���! ����������� �� " � #� �������!

$%���&�� ������� %����� ���� � ���

�����' ������ �����������

�(�)" * ! + , "� � � ! ,�- � .-*$+ � ��� �- �--�(/)01 �

���������� � �� ��� �� �� ��������� ��������� ������ �������������� ! "#$# %���� �&'$'� ������(��������� � �� ��� �� ��������� )�� ��������� � �� ����� * *�+���� ,-�'#.(�("� �%*

0����2�� #�2����� ���� ��� ����%�� ��3 ����

" � %������ �� �%���&�� ������� %������ �� � �����' ������ ����������� �3��� �� ���������!

" � %������ �� '�� %���� �� � �������&�� ����� �������� %������ � ��� � ��� ������ ��

������ �������� �� ��4���� ��&�� ��� ��������� �3 ������&�� �� ��5���2� ������� �

��%������ � ����6��� ������ 77 � 8����3 ���� ��� � ��������&����99 ��� � ��� ��

�����' ������ � ��� �����3�� � %������ ���������! " � %������ �� �� ��������� ���

���2�� �� �� ��� �� ��������� %�� ������ %������ �� �����3 2��������! " � %��%���� �� �� ��

�%%���� � � %�������� �� � ������� ���2� �3��� ���%���� �� � 1: ���� ��� � ���� �����! " �

���3 �� � '�� ���% ����� ��2���%�� � �3������ �� ����� 3 ��� ����������� �������

%������ �� � �����' ������ ����������� �3���!

�������; ������� %������� %����� ���� �� �����' ������ ����������� � �%���&����� ��� ��

%�� ������

�� ����������

� ��� ����������� %����� � ������ �����' ������

����������� �3���� <0�*= �� ���� �� � �������

� ����� ������ �3 ��%���3 � �� �� ���4�� ���

��%�� ���������� �� ��� %������ <����� �� ��!�����=! � �����' ������ ����������� �3��� ��

���� ��� ��� ��%�� ��5����� �� %�������� ��%���3

��� ����������3� �� ���%���� � ��� �������������

�3 ������� ���� �� � �� � �� �� ���%�����! " ���

��� �3���� %��2��� �>���3 � ����������3 � ��

������ �>���3 � �� � �� ������ <�� ���� �� ��!�����=! " �������� � 0�* �� ���� ��� � �� �����3

�����' ���� ��� � � �� ���� � %������ � �����3 ��

%��� ��� ���������� ��� ��� �������%���

� �� �� �� � %����� ���� � ��� %�������� �����!

" � ����3 �� � 0�* �� ����3 ��������� �� � ��

���� ��� ��� %�������� �� ������� %������� � ���

� ����������� �� ����2����� ������� ���� �

%�����! " � ��� ��������3 �� ���� � �������� �

��� �� ������ ���� � ����� %����� 2������

<(��� ��� �����4� ���?=! " ��� ��������3� �

������ �� %��� � �� ����������� ��� � %�����

�����3 ��3 �� �� ��'����3 ������� � ��� �� ��2��

���'���� 2����3 �3 ���������� �� �������� �������

<��� @� ! �=! � ������ ��� ������ ��3 �2� ����

�� ��� �������! " � �������� �������� %��2��� �

��&�� ��� ��%�������� � ��� ��8����� �3 � �������

%����� 2����3� ��� � � �� �3 ���� � %��

�����3! " � ������� %������ �� � %�� �����3 ��� ���

� 2������ <�!�!� *� � /� �� �� �� �� / � �� �= � ����� @� ! �! � %�������� ���' ������ �� � 0�* ��� �

%�������� ������ ��� �� �� ���� � %������ �

%�������� ������� �� � %�� �����3 <��� @� ! �=! " �

'�� %�������� ���� <0�*6�= ��� �� 8���4�3 ��� ���

������2��3 �����' ����� �� ������ �� ���%���� �

���4� ������ � %������ ��3 ������� �� ������ �

<�!�!� *�� � � �� �� �=! *�������3� � ������ %��������

Page 2: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

���� <0�*6A= ��� �� �����' ���� � %������ �� ��

A� �� A�! " �� ������� � ����������� � ��

���%����2� � � �� �� ��� ��%��������� ������!

���� ��8����� � � %����� �� ���� ��� �� � �������

������ <�!�!� �� � ���������� �� �� ������� *���� / �� �� �>��%��=!

" � #�%%������� %���� ���� ���� � <��4�� ��?�=

�� ���� �� �����4 <����= �� � %������� �>��%�� �

������3 ��������� � ����'� �� ��������3! " � ���

%���� ���� ��� ������ ��� �� ��> �������

�������! " ��� ������ � � ������ �� %��� ���

�� ��'����3 �������I �! !� � ������ �� 2��� �

�� ������ ��� ������� ���� �� � ���� � ������

�� ������� ��� ������� ���� �� � ���� ��� �� ��!

" � ���������� �� ��> ������� ������� �� �??

�������� ������� �� � �� H� ���� %�������! <D�

� %��2�����3 ���������� ������ �� �������2��� �

������ �� %������� ������ ���� ���H�!= �� ��

�>��%�� ���������� � ����'� �� ��������3

�������; ��������� �� �����I ��������� ���������3 ��

%�����C���%���� � �� �I ��������� %�����

2����3I ������� ���� ���I ������ %����� ��� ������

�����%��� ���4�� ����������� ��%��� ��� ���%����!

1��%�� ��� ����� ����'�� � ������ ��������

�%%���� � ��������3 �� ���� ���4�� <�����4� ����=�

��� ���� ���� ��� ���� �4�%���� �� ����� �

��2��� �� �� ��������3! " �� �� ��� ��3 ��� � �

�������� %���������� ������� �3 ������� ���� ��

���%���� � ��� ����� ���� �%���� �������2��

<:�4��4�� ��� .���3� ����I .���� ��� *����� �

��?�=! 0�����3� ��� �2� ���� ���� ���%� �

������� 2������ ������ �� ������� %����� ���� � ���

�� %������ ��� ���������3� �%���&�� � �� ��� ��

���������3 ��� '���� � �%���� ���� � ��� �

������ ������� <@�5�� �� ��!� ����I ,��&����6

J� ��� ��� $�� ����I ����� ��� � ��� ���K=! @�5��

�� ��! <����= %��%���� �� �%���&���� �%%���� �

���� ��� ������� %������ ���� �>���� �������

���� �� ��� ��6%�� ������ ����������! ,��&����6

J� ��� ��� $� <����= %������� � ������ �� ��

��� ���� ��� �������� �� %������ ���� ��� �������

%�������! " ��� ������� %������� ����� ��� � ���

�� �� �>���� ��� ��� �������! $%���&��

������� %������ �� � 0�* �� �� ���� ���������

������! �� �������� ���2�� �� 0�* ��� ������

������� ��8����� ��� � %�������� %����� 2����� ��

%������� �3 � �������� ���' ������! " �������� �

���� � �� ������� %������ � ���� �������� � ���

�� �����' ������� �� ������� � � �� ������ ������

� ��������3!

" �� %�%�� ��������� � %������ �� �����������

������� %������ �� � 0�* ��2�������! @�� �

������� %����� � �� � �� ����������� �� � 0�*�

� %���������� �� � ����� ���� �������2� ��� ��

�%%���� �� �� � ������ �� ������ �������� <�!�!�

�������� ��&�� �� ��%��������= �� ��������� ����'6

����3! (���2��� �� �� ��� �� %�������� ���

���������� ����� ��� ����� ��8����� � ��������

���' ������! " �������� � ��5�� ����� �� ���� ���

��� ����������� ������� %������ �� � 0�* �� �

�������� �%���� ������ �� ������ �������� ���

� �������� �� � �%���� ����� �� ������

�������� ���� � ��� � < %������3 ��'���= ������ ��

�� � �� ����������� � ������� %����� �� � �����' ������ ����������� �3���!

�� � �� � 3%���� ������� %����� �� �� 3%�� �� �������!

��� 0����� ���� �� *���������

Page 3: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

�������2��! � � ������ ���4 �� %������ �� %����

'�� �� � �����6�������� %������ � ��� � ��� ��

������� � ����� ���� � �� �� ��� %�������

�������2�� �� � �� ������&��! " � %������ �� ��

���������� ��� � ��������� %�� ������ %������

� ��� �� ���2�� ��'�����3 � ��� �� �%����

%������ ��� ������� %�������� �� � 0�* ��2����6

���! " �� ���3 �� � '�� ���% �� ���� ���

������� %������ ����������� �� � 0�* ��2����6

���! " � %��%���� �� ������� ���������� �� ����

��2�� �� � ����� � � ��������� �� ��'����

������� ��� � ��� �� �����3 2��������!

�� ������� ������� ����������

" � ����� ���� � %������ ���������� ��� �� ���������

�� � ���������� �%���&���� %������ � ��� �

���� � 2�������� ��� �� ��2���� ��� � ������ ��

���%� � �� ��%����� ������� � �� ��4� �% �

���%��� %�����! @�� �>��%��� � %�������� ��

���������� � �� ���%���� �� � �� ��� ���

������������ ��� � ���� � 2�������� ��� �� ���%��

�������� �3! -� �� ������� �� �� ���� �� �������3�

� � �� �� ���� � 2�������� �� �����%���� ��� ��

���%� ��%������� �3 � 2����� �� ��� ��! " �

%������� �� � ��%������ � %���������� ��8����6

���� �%���'�� �3 � �������! " � �����6����

%����� �� ������� �� � ������� � � ��������

�%���&���� %������;

��������

1���� ��� �� ���

���5�� � ���������

������� �� � � ������ ���� ��������� <������= �� � ���� � 2��������

��� � �� � �

� ��� ��� � �� � �

� ���/����� �� ���� � 2�������� ��� � %������� 2���� ������ � � �������� '��� �� ��'��� 2���� �%����;

�� � �� �� ��� � �� �H�" � ���� � ��4 �� � �������� � �%���� 2����� ��

���� � 2�������� ��� � �2�� %������� ��� ��� � �2��

��5���2� ������� 1! " �� ���������� ������� �

��� �� � ��� �� ��5���2� �������� �� � �������� ���

�� � ���� �� ����%�� ��5���2��! � ������� �

%�������� ��3 2��3 ��� � � �� �� �������

��8�������� �� %����������! � � ���� �� �

�����6���� %������ � ����������� �3���

� ���� �� �� �% � %������ � �������� %����� ���

��� %������� �� ��%������� � �������� �%���'��6

���! @�� �>��%��� ����� �� ������� %���������� ��

�� ����� ���� � � ���2� �3��� �3 ���� ��� ��

� ���� ��� ����������� � ��� ��� ��8��������!

� � 0�* ��2�������� �� ��3 ���� � � ��� �

������ �� ���' �������� � �� ��3 �� �� %�������

�� ���������� � ����&� � ����'� �� 0�*!

� � %����� � �� ����������� �� ������� ��

������ ��� � ������ �� ���' ������� ��� ���

������ ��3 �� ��'����3 �� ������� ����� ��������3

%��2���� ������� 2����3 �� � %����� ���

�������� ����������� �� �������! " � �������

%����� �� ������� �3 ���2�� � �������� �������

�%���&���� %������;

����������

1����� ���� �� �B�

���5�� � ���������

����� ���� �� � � ������ ���� ��������� <������=

���� � ��� � ��

� ��� ��

�� � ��� � ��

� �K�

� � ������� %����� ����� � ���� � 2�������� ���

� �� ������� ���� ���� � '��� ������ �� �������

���

��� � ��� � � �� �� � � � �2%�

��� ��/� / � �� �� � � � �23 �?�� ��� 2%� ��� 23 ��� � ��� ������� �� ��� %�������

������� ��� ��� �/� ���%���2��3� � �� ��� �� ������

���� � ��� ��%������� � ������� ���� � ������

��� ��� ��� ���� ���%���2��3! " ���

���� �/�� ���" � %����� 8����3 ���� ��� � ��������&���� ��� �

%�������� %������� �� ��� �� ��'��� ��

���� ����/� � ���

�1 � ��� ����/� �1L���

1L����

����

� ��� 1 � ��� 1L ��� � 2����� �� � ��5���2�

�������� � � �������� � �%���&���� %�������

��������� �3 )8������ <B=�<K=� ��� )8������ <�=�

<�=� ���%���2��3! :�����3� �������� ������ ���� �����

�� �������� 8����3 ���� ��� � �2�� %������� ��!

" �������� � ������ ������� �� � ������� 8����3

������4�� ������ ���� � ����� �� �� 5����+�� ����� ����� ���

Page 4: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

���� �2� � �� �������! � ������ �� � ��&� �� �

������ ��������� � 8����3 ���� ���������! (���2���

�� ����� ��������� ������ �� ���' ������� ��� �

0�*� � �� �� � �� �������� ��� �� �%���&�� �

�2����� ���!

" � ��� ������ �� %������� ������ ��� � ��6

������ %������ �� �2�� ��

) ������ �

���/� �

62�

� 62�

/ ����

� ��� 2� ��� 2� ��� � ��&�� �� ��� � ��� ��

���%���2��3� �� ��� �� ��� � ��>���� ���������

��&�� �� ��� ��� �/� ��� 67� ����� ����������� �� 7

��5��� �4�� � � � ���!

� �����6�������� %������ �� ������3 ��������� �

���2� � ����� �� ����� ��� �� ������ %������� ��

���� �� � ����� �� �� ������� %�������! � �����

�������� �� �� ��� ���� � �������� � �%����

������ ��� ������� �� ������� ��� ���������

�������� 2�������� <0��4��� ��� @������ ���B=!

/������ ����� �������� �� ��� �� �2� ���� ����

%��%���� � �������� � �%���� ������ �� �������

��� ��� ����2��� ��� ������2� �������3 <���� �� ��!�����=! � ������ �%%���� � ���2� ��� 3%�� ��

%������� ���� �3 ��������� � ������ �� ����6

���� ����� �� ������ �� �������� <�� ���� �� �

����� %������=� ������ �� ��4� <�� � ���� �� �

�� ������ %������= �� ������ �� %�������� <�� �

���� �� �� ������� ����3���=I ��� ������� ����

��� ������� � ��������� � ������ �%���&���� ��

� �2�� ��5���2� � ��� �����3�� � %������

��������� <A���� ��� 0������ ����=! � �

��������� �����6�������� %������� � ��&� �� �

������ �� ������3 4����! )�'���� �� ��� �� � ��

������ �� �� �> ����2� ����� ���������� �3

������� ����� ��� ����� �3 � ����� 6�������

%�������� �2� ���� ��2���%�� � ���2� ���

%������� <A�3�� �� ��!� ��KH=!" � %������ ���������� ��� ������� ���� �

��������� ����� �������� %������ ��� � �

�������� �������; <�= " � ��&�� �� � ������ <�!�!�

� ������ �� ������ ��������= ��� ��4����� ��

�������3� �� �%%�� ���� �� ��%���� �� � ��&� �� �

������! <�= " � ����� � �� ������� �� � ����������

�� ������ �� ��� ������! " ��� � %������ � ���

��� �� ���������� �� � ��������������� <���������

���� �8��� � � ������ �� �������= �������&����

�� ��������� ����� ��������! � � ������ ���4� ��

����� �������� %������ �� ��������� �� � ���������

%�� ������ %������ �� ��������� �� � ��>

������!

�� ���������� �� � ��������� ��� ������ �������

" � %������ �� ������� � ��� ������ ��� ���

������ ��� �� ��������� �� �� ��� �� ���������

%�� ������ %������ �3 ���� �����3 2��������� !8� ���� �8/ � � �� ��� ��'��� �� �������;

!8� �� �� � � ����� �� ������ � �� �������

��� � 8 %������� ��

� � ������

�8/ �� �� � / ����� �� ������ � �� �������

��� � 8 %������� ��

� � ������

-� � 8����3 ���� ��������� �� � �������

%����� ������� �3 ������� � � ����� �� ������

� ��� / ����� �� ������ � ��� � 8 %�������� ��

������ �� �8�/� � �� ��� �� ��������� ��;

�8�/ � 18�/ �1L8

� ��� 18�/ �� � 2���� �� � ��5���2� ������� ��

)8����� <B= ��� � � ����� �� ������ � ��� / ����� �� ������ � ��� � 8 %������� ��� ���1L8

�� � 2���� �� � ��5���2� ������� �� )8����� <�=

��� � �%���� ����� ���� �!

-� � ��� � ����� � ������� �� �������

�������� ��� ��� ������� ���%���2��3 < � ��&�� ��

������=! " ��� � %������ � �� ���2�� ��� ��

����� ��

���!8� ��

8/

��8� �

�2�

�� �

�2�

/� �

�8�/ !8� �

8/ � 6�� � 6�� ����

���5�� �

8�/ !8� �

8/ � �

� � �� �� � � � �2�

/ � �� �� � � � �2�

8 � �� �� � � � ������

� � �� ��H�� � �� ��B�

�2�

�� �

!8� � � 8 � �� �� � � � �� ����

��� 0����� ���� �� *���������

Page 5: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

�2�

/� �

�8/ � � 8 � �� �� � � � �� ��K�

� ��� � �� � ������ �� �������� %������� ���

����������! )8������ <��= ��� <�K= ������� �

�>���3 ��� ������ �� ������� ��� ��� %������� ��!

" � ������� :� ��� :� ��� � �����2� ���� ��

�����' ������ ��� ������� � ��� �� ���%���2��3! " �

��5���2� ������� �� )8����� <��=� ��%������ �

����6��� ������ � �2��� � 8����3 ���� ��� � ���

�� �����' ������! � ����� � ���%��� � �������6

���� � ����� ��&�� � ��� � ��� �� �>%������ ��

���� �� � �������� 2�������� !8� � ��� �8/ ! " �� ��

�����%��� �� �3 ��'��� � �������� ��>�����3

��� �� 2��������

��� ���8� �

!8� � � �� �� � � � �2� ��?�

��/ ���8� �

�8/ / � �� �� � � � �2� ����

�� � � �� ��� � � � � �� �� � � � �2� ����

�/ � � �� ��/ � � / � �� �� � � � �2� ����

" � ��>�����3 2�������� ��� ��� ��/ ��� ������� � ��

���4 �� ���3 ���� ��� ������ �� �������! � �

%�������� ����� �� ������ � <����� �= �� ������� �

���� ��� ��� %������� ��� �� � �� �����3 %����2��

��� ����� �� � � ��/ � ��! � � %�������� ������ ��

�� ������� ��� ��3 %������� ��� ��� � �� &���!

" ��� � ����� ��&�� ��� �� ������� ��

� ��2�

�� �

�� ����

� ��2�

/� �

�/ ����

� ����� � �������� )8������ <��= ��� <��= � ��

������ �� ������� ��� ������� �������� �����

�3 ��� �� �8��2�����3 ����� �3 � ��������

�8������ <D������ ���H=;

�� �� � ��4��

� � �� �� � � � �2�

��� � ����� 4�� ���H�

�� �/ � ��4�/

/ � �� �� � � � �2�

��/ � ����� 4�/ ���B�

� ��� 4�� ��� 4�/ ��� �����3 2��������� ��� �� �� � ��� �

������! @�� � %������ ���������� �� � �! *���������3 ��� �� 2�������� ��� ���� �� �������� 2���������

� ������� �� �� �� 8��� ��'���� �� ������3�� �

��� ������ ��� � �2�� ��5���2� �������! " �

���������� �� 8��� ������ � ������� ��� ���6

������ �� %��6������� � %�������� ������! @��

�>��%��� �� � ����������� ���� � ������� � ����� �� ������ �� ��� �� ��������� �������� ��

�%���'�� �� !8� � �� 8 � �� �� � � � ��!

���� ������� ���� ��� � ���� ����

-� � ��&� �� � ������ ��� ��� �/ �� '>�� � � ��� 7����%���2��3! " �� ������� ������ � �� � �������6

���� �� � %��������� ��� � ������ �� ������

�������� <�8��2�����3 ������ �� �������� ���' 6

������� ��� � 0�*=! � �� ����� � %������

������� � � �� '���� � ������� ��� %�����

��� ��� %������� ��! " � ���%��>�3 �� �

%������� �� �������� �3 � ������ �� %�������

������ � �� ����� �� �� �2�� ��

) � 62�

� 62�

7 ����

���� ������� ���� ��� � ����

� ���� � ������� ���� � ������ �� ������ � � ���

��� � ��� � ��� �� ������� �� � ������� ��� �

%������ �� ������� � �����6���� ���� � ���������

�3 )8������ <�=�<H=!

�� ����������� ������� !" ����� ��������������� �#����

� ����� � �������� � %��%���� �� ����� 3 �

���%�� ������� �������3 %������ �� ������! " �

�������3 ���������� �� � ���2� �3���� � �� �������

�� � 1: ����� � �����> ��� � ���� �����! " �

��5���2� �� � �������� � �3��� �� �������

%���� ��8������� <������� ��&�= � ��� �����3�� �

�������� � � �� ���� � %��2��� � ��>����

����������� ��� � �2�� ���� ���� ���5�� � � �2��

���� �����! " � ��>���� %���� ��8����� �3 �

����6���� ����� �������3 �� �2�� �3 @����� ��� "��

<���B=

������4�� ������ ���� � ����� �� �� 5����+�� ����� ����� ���

Page 6: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

1� � )������

� �9� ��K�

� ��� )� �� � %��4 ��8�� � � ���� � ��� ��� 9��� � ��>���� 2�����3 �� � ����! " � %��4 ��8��

�� �2�� �3

)� � 7� � �:

�����

� ��

� 7���

��

����� � ;�:

�����

� �

� :��

���

� �9� � ;:

�����

� ���?�

� ��� 7� �� � ���� ������� ��� � %�� �� � ����

������ �: �� � ���� ����� � �� � ��� ��������� ��

� ��>���� �� ���� ����������� � � ���� �����

�>��� ;�: �� � ���� �������� : �� � ���� ���%�� �

��� ;: �� � ���� �����! @�� � %��%���� �� � ��

��������2� �>��%��� �� ����� � 4��% � ���%��>�3

�� � %������ � � ���� ����� ��2��� � ��������

�����%���� ��� ����;

<�= ��� ������ �������� ��� ���%�����!

<�= " � 1: ���� �� ������� �3 � ��� �� ��������

%������� <���� � 2�������=� � �� �� � ����

������� 7�! � ������� � ���� ��� �� %�������

<�! !� ��� = �� � �� �%���'�� � ����� � 1: ����

���� � �����������9� ����� <����'� *�����'��

����=! (���2��� ��� ���%����3 ��� �� �� ���� ��

�������3� � �� ������� � ��� � �%%�������

���������� � ��� �� '>�� <?�!BB��� 0�� ������=!

<�= " � ���� ����� �� ���� ������� �3 � ��� ��

�������� %������� <���� � 2�������=� � �� �� �

���� <%�� =� ��� �� � ���� �����! " ��� � ���� �������������� ��� ��� � ����� ��� � :� ��� ������� �

�� '>�� <�� � �B��� ��� :� � ��= <" �����

*� ����� ����=!

<H= " � ��� ���� �� ������� � �� '>�� � � � �!

" �� ������� � ������ �� ������� � ��� 1:

����� ��� � ���� ������ ��� ������� ����� �� �

��� �� ���� � 2�������!

<B= �� ������� � � ���3 %������� ���5�� �

2������� ��� � ������� ��8������� �� � ����� ;:� �� �� ������� � �4� �� ���3 � '��� ������ ��

������� 2�����! ��� � �� %�������� <������:� ;�:� ��� := ��� ������� � �� ������!

" � ��������� ����� ���� � %������ ��� ��

�>%������ �� �������;

���7����

1��7�����;:� ����

���5�� �

)�)��>

� � � � ����

��� )8������ <�K= ��� <�?=� � ��� )��> �� �

��������� %��4 ��8�� ��� � ����!

� � ������� ���� �� � ���2� �3��� ��

��������� ���� � ����� �� �2������� 1: ����� ���

���� ������! " � %������ �� � �������� � ���

������� � �� ����� �� ��� %������� ��� �� ��� �

�2�� ����� ;:! �� � ����� ��&�� �������� �

%���������� �� � ������� ���� � ���� �%%���� �

�� � ����� ���� �! (���2��� � ��� �� �����'6

������� ��� %�������� ���� ���� ��������! " �

��5���2� ������� �2�� �3 )8����� <��= ��%� ��

'���� � �%���� ������! (���� 6� ��� 6� ��� ��

���������� �� � �����2� ���� �� �����' ������ ���

� ���� ��� ���� ����� ����� ���%���2��3! #�� �

� ��%���3 ����� �� �� ���������� �� � ������

%������! @�� ������� � �� ������� � ��� 2����� ��

%������� ��� ��� ������� � �� �8����3 ��4��3! ��

���2��� %��������3 ����������� �� %������� ���

<�!�!� ������� %����������� �� ������= ��� 4����� �

��� ���� �%���&���� %������ ��� �� ���������!

���� ��� ���� �� ��������� �����������

"� �������� � �� ����� 3� � %��%���� ���������

��� �� %�� ������ ���������� �� ���� � ���2� �

�������� ������� �������3 %������! -�9� ������

� � ���2� �3��� �� � �� ��������� ���� �2�������

����� ��� ���� ������! @�� ���%����3 ��� �� ��

���� �� �������3� � ������ ������ �� ���� ��� ����

����� ���� ����������� �3 ������ ������������

��� ���������� � �� �2������� ��� ��������! " �

��5���2� �� � ������� �������3 �� � �� ���� �

�������� ���� �%���� ���2� �3���� ��� � ����

2����� ���������� �� � ������� ������ �� ���� ���

���� ����� ����! �� ������� � � %�������� �������

� �� �2� � ��8��6�6������ ������ ���� �� ����!

" ��� ��� ���� �2������� ����� �� ������ 2����� ��

�!�K�� �!���� �!��� ��� ���� 4 ������ � <������� ��

��� ��� ��� ��� �H� ���%���2��3=! �� ����

������� � �3��������� ��� ���� ������ �� � ����

������ ������� �� �B�� ��� ����! " ��� ��� ��� ����

������ �� %�� ��&�� �� B� ��� ��� �B�� <������� ��

"�� "� ��� "�� ���%���2��3=! " ��� 2� � H� ���

2� � �! " � ����� �� ����� ��&�� ��� � ���� �� �

�� ��&��� �!�!� �� � H� ��� �� � �! " � ���� ����� ��

��H 0����� ���� �� *���������

Page 7: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

������� � �4� �� 2����� �� ����� ����� ����� H���

��� B���#! " �������� �� B! " � ��� �� � ��� ��

�: � ��� 4 � 9� � ���BH�C�� ���� � ���� ���C��

;�: � B��#� : � ��#�C�� :� � ��� � �K?�� 4 C�� ��� � ����� ������ �� �2�� �3 7� ����H

� :���� � ��� � �� � �����3 �� ���� �����

�������!

" � �������� ������� �3 ���� 2������ 2����� ��

�����2� ���' ������ ���� ��� �2�� �� "���� �! " �

�2��� � %����� 8����3 ���� <��M-= �� ��'��� ��

�� ���8� �

�8

�����

� ��� �8 �� � 8����3 ���� �������� �3 ���� �

������ ������� ���� � ������� � � �������

%�������� %������ ��� � 8 %������� ��� ��� ���

�� ������� ���� )8����� <��=!

� � �� ������� � � 1: ���� ��� ���� �����

���� ��� � �� ����������� �� � 0�*� � ��������� �

@� ! � ��� �� ���� � ��� � ��%�� � %��������

����������� ���� 3 ������� ���� � ���������

%�� ������ �������! � �� �>��%��� ���� ���

���� ����� ���� ��� � ������� �� 3%� � ��� A�

���%���2��3! � � '�� �� �� ��� � �� ���%��� ���

�>��%��� ��� ���� ���� ���� �� %������� �� �

'�� %�������� ���� <0�*6�= �� :��' ������� ��

�� ��� �� ���� ��� � %������ ��� ��� ��� �H�

���%���2��3! *�������3� A��� ����� ���� ���� ��

%������� �� � ������ %�������� ���� <0�*6A=

�� :��' ������� � ��� �� ���� ��� � %������ "��

��� "�� ���%���2��3!

�� �>%����� �� � �����2� ���' ������ ��� ��� �

������ �� ���������� � ������ �� ��8����� ���' 6

������� ��� � ������ ���������! :�����3� �� ��

�� ��2�� � � �>%���� �� �������� ���� 8����3 ����

��� � ��������&����! (���2��� �3 %��%���3

��5���� � �%���&���� %�������� <�!�!� �����2�

���' ������ ��� �= �� ���� ��� �� 4�% � �

��������� ��2�� � ��� ������� � �2����� ��� ��

����������� !

$� �����# ��� ��������

" � %������ �� �%���� �������� �� ���� � ��

������ �������� ��� � ������� %������ �������6

���� �� � 0�* ��2�������� �� ���� ���������! " �

%������ �� '�� %���� �� � �������&�� ����� ��������

%������ � ��� � ��� ������ �� ��4���� ��&�� ���

� �� ����� � �� ������&�� �� ��5���2� �������

� ��� �����3�� � %������ ���������! " � %������

�� �� ��������� ��� ���2�� �� �� ��� �� ���������

%�� ������ %������! " � %��%���� ���������� ��

����� �� '���� � ����6��� ������ � 8����3 ����

��� � ��������3 ��� � ��� �� �����' ������! " �

�� �� ��� �%%���� � � ������� �������3 %������

�� � ���2� �3��� ���%���� �� � 1: ���� ��� � ����

������ ��� ����� � �� 2��3 ��'���� �� ���������

�%���� ������ �� ��� ������ ���� � �2�� ��!

D� � �� ����� 3� �� ���8��� ����6��� ������

� %����� 8����3 ��� ����������� ��'�����3 ���

�� ���� ����� � 8����3 ���� ��� � ��������&����

��� �� ��������� �3 ��5���� � �%���&����

%��������! " ��� � %��%���� �� �� ��� �� ����

�� � �3������ ��� �� �������� �� ������ ��������!

" � ���������� ��� �����3 �� ����'�� �������� �

� �����! @�� �>��%��� � �� ���� ������� � �������

� �� ��� ������� ��� �� ��������� �� �����!

�� �� ��������� %�� ������ �� ��� ��� ��

������ ���%��������3 �>%����2�! " �� �

���%������� ��'�����3 �� ����3 �� ����� �3 �

��� �� �����3 2��������� ��� � ��� � ������ ��

�������� �� %������� ���� � %������ �������

2��3 ���%��> ��� ��3 ��8���� �>����2� ���%��6

����� ���������! � �� ����� ���� �������� ��3 ��

������ � �%��� �% � �������!

" � ���������� ��� �� �������&�� ��� %������

%���� �� #�������� %�� ������ ������ ��� 2������ 2����� �� �����2� ���' ������ ����

:�� �!� ���

:�� �!���

:�� �!���

:�� ��

:�� �!���

:�� �!��

:�� �!��

:�� �!��

*������ ����� ��� ��� �H ��� ��� �� ��� �H �H

*������ ���� ������ "�� "� "� "�� "� "�� "�

�2��� � %����� 8����3 ����

��� � ��������&���� <N=

K!H ��!� K!B ?!�

������4�� ������ ���� � ����� �� �� 5����+�� ����� ����� ��B

Page 8: Optimizing Modular Product Design for Reconfigurable Manufacturing

���� �% �� ���� �� �� �������! " �� �

���%��>�3 �� � %������ ���� �������� �� ��'����3�

�� �>������ �� ���� �������! " � %��%����

�� ����� 3 ��� ���� �� ���� �� ���� ��� �������

%������ <�!�!� ����4�� 6�% � %����� ��� ��������

�������=! $��� 2������ �������2� ���� �� ���

�������� �>������ � �2��� � %����� 8����3

���� ��� � ��������&���� ��� ����� ��� ���%���

������� ���� �� ��� � �2�� ������� %�����! � �

������ ���4� � �� ������� � ��� �� �8��� ������

��� ��� %������� �� <�!�!� ������� %��������� ��

��8�������=! �� ���� ������� � ������ ���

���8���� �� ����������� ������ �3 ��������

�������� ��� � ��� ��� %������� �� �� �

��5���2� �������! ���� �� �������� � ��6

�������� � %������ �� � ��� ���� �%���&����

%������� � �� ������� ��� ������ �������

��8��������!

&'��(��� �����

��� �� �� ���4 ��� ������� �� ����� � '��

�� ��9� ��������� ���2� � � .��2����3 ��

��� � ��! " � �� ��� ��� %������ � ��4������ �

'������� ��%%�� ���� ����� .��2����3 ��� �

#������ *������ @�������� )� ������� 0������

:����� ��� ��� ����� ��� )):�B����B!

)��������

��4�� �! <��?�= (� �%��� ��� O�>���� �������

�������3 ����; � 3 �� �������� �����������3

��2����� �� ��%��P �� ������ � ,�� ���������6���� � � ���� �� ��������� ��%�� *����3�� ��������� )� ������� � "�43�� ���!

A����� @! @! ��� 0������ �! <����= " � ������6���������

������6�������� %������; ���%��>�3 ��� ��������!

6������� �� �������� <����� �� �*� �?����?!A�3��� 1! )!� @�� �� �! ��� D���� ����� 0! <��KH=

������� %�+��� %��� ��= �������� <�������� ����.������ �� �� ������� 2����8 *���������*%��� ��6/���� � A�����!

:�4��4��� �! ��� .���3� �! ,! <����= M����'����� ��

���%��� �� ������� ���� � %�������� �� �� ������� (''' 7���.�%* %������� ;��!�+��*������� ���3� ����� ��� ������ �!

@�5��� �!� *�4� �� �� (! ��� �4� �� *! <����= ������

2����3 ��%��3��� ��� �� �%���&���� ����� �������

��� ������ ��� ������ ���������&����! *%������� �� ����� ����� 6���� �� *�%�����

����B� -�� /� ��� #/� �*�) ��%�� #�! 1)":��C

1@�6?���!

@������� A! �! ��� "��� :! �! <���B= A��� ���� 1: ����

��������� �� ������ � ((� ���� 6�+������ ��� �� �� ��� ��� ������� 6���� � ����� ��� �� ����� ����� �� 6�� 1����6���� � �� �!��+���� 0������� -� �HB�

���!

,��&����6J� ���� �! �! ��� $�� �! #! <����= �������

�������6A���� ������ @����3 1��� �! *%�� �����*������ 6���� �� *�%����� ������ A��������

�1� �*�) ��%�� #�! 1)":����C1�:6�H��?!

(��� � :! :! ��� �����4� �! <���?= ��������3 �� ���� � ��

%������ ��� �3����! ���� )���� ��� %��������� �� 6�+����� �.���� *= %������ �� >������+� ���KK!

������ +! (������ .!� ��2���� @!� ������4�� ���� ��� ,!�

/�� A������� (! ��� .���3� �! ,! <����=

0����' ������ ����������� �3����! 6�<� *�����+<�=� B�K�BH�!

�����4� �! <����= �������� �����= ���� ����� ������ �� %������� �������� ������ :������ �!

����� (! �!� ���� �! �! ��� : ������ �! �! <����= ��

�������� ������2� �������3 %�������� ��� �� ����

���%����� �� �8��� 2�������! 2���� <����� �:����� �� �,� ?���?��!

������ �! ��� � ��� �! <���K= 1��� � ��� 2����3;

��2���%��� �� ���%��>�3 ������� ��� ���� � � ���!

*%�� ����� �� ����� ����� 6���� ��*�%����� �H��K� *��������� :�� �*�) ��%�� #�!

1)":�KC1@�6H�B�!

�� ����� �! ,!� .���3� �! ,! ��� ������ +! <����=

0����' ������ ��� ���� �3����; 4�3 � �����

����������� ! 7���� � ��������� ����� ��������� H���H��!

����'� *�����'� <����= A��� ���� ���2� ������ %;CC

���!%�����!���C���2��! �

0��4���� :! )! ��� @������ :! 0! <���B= $%���&��

������ �������� �� ���2� ����� ������ �3���� ����

����� ��������! 7���� � %�� �� 9�+����� �+,���B�H��!

" ����� *� ���� <����= ����� %�������� ���� �����

����������� %;CC���! ��������!���C�� G���C

�%�!%��

.���� � �! ��� *����� � D! �! <��?�= *3� ���� �� �� �����

������%���� �� ��� ������ ���� �! <����� � ��������� ������ �� ���?!

D������ D! -! <���H= �������� <����� � *���� ������ *��������� 1�>���3 ������ A������ :�!

��� 0����� ���� �� *���������