Effect of Using Digital Twins for Assembly Line Rebalancing: A Multi-Scenario Analysis of the Assembly Line Productivity

Abstract

Produksjonssektoren følger nøye med på forskning på digital tvillingteknologi på grunn av deres potensiale til å øke produktivitet, kutte kostnader og forbedre produktkvalitet. Forskningen rundt denne teknologien har økt betydelig de siste årene ettersom introduksjonen av Industri 4.0 har endret feltets produksjonsstrategier og tenkemåter. Digitale tvillinger kan brukes i mange områder i produksjonssektoren og har potensiale til å forbedre flere produksjonsoperasjoner. I denne oppgaven diskuteres den potensielle økningen i produktivitet i en monteringslinje (assembly line). Diskusjonen vil være basert på simulerte produktivitetsforskjeller oppnådd ved implementering av en digital tvilling for å rebalansere en monteringslinje i sanntid.

Målet med oppgaven er å utvikle en forståelse av dagens forskning på digitale tvillinger og få en innsikt i hvordan digital tvilling-teknologi kan brukes til å øke produktiviteten i monteringslinjer. I tillegg vil resultatene av simuleringer fra en løsning basert på digital tvillingteknologi på et rebalanseringsproblem for monteringslinjen bli brukt til å undersøke produktiviteten og kostnadseffektiviteten til denne implementeringen.

For å oppfylle disse målene gjennomføres oppgaven med en teoretisk del og en empirisk del. Den teoretiske delen består av en systematisk litteraturgjennomgang. Målet med denne litteraturgjennomgangen er å få en forståelse av mulighetene og fordelene DT-implementering kan ha i produksjonssektoren. En grundig forklaring av konseptet og komponentene, fordeler med DT-implementering, vanlige bruksområder i produksjon og forskningshull presenteres. I tillegg er det gjennomført en empirisk del. Denne delen består av en multi-scenarioanalyse, ved bruk av simuleringer fra en fiktiv casestudie av et samlebånd. Denne analysen gir innsikt i effekten digitale tvillinger kan ha på produktiviteten i monteringslinjen ved tilfeller av forstyrrelser på arbeidsstasjoner. Resultatene fra litteraturgjennomgangen og simuleringene brukes til å diskutere hvorvidt en implementering av en digital tvilling i den gitte monteringslinjen er kostnadseffektiv eller ikke.

The manufacturing sector is paying close attention to digital twin technology because of its potential to increase productivity, cut costs, and improve product quality. The research within the field has increased significantly in recent years as Industry 4.0 has altered production strategies and ways of thinking. Digital twin technology can be applied in many areas in the manufacturing sector and has the potential to improve several manufacturing operations. In this thesis, the potential increase in productivity in an assembly line is discussed. The discussions will be based on simulated productivity gains obtained from implementation of a digital twin to rebalance an assembly line in real-time.

The objectives of the thesis are to develop an understanding of the current research on digital twins and gain insight in how DT technology can be used to enhance productivity in assembly lines. Additionally, the results of simulations of a digital twin-based solution to the assembly line rebalancing problem will be used to examine the productivity and cost-effectiveness of this implementation.

To meet these objectives, the thesis is carried out with a theoretical part and an empirical part. The theoretical part consists of a systematic literature review. The aim of the review is to get an understanding of the possibilities and benefits DT implementation can have in the manufacturing sector. An in-depth explanation of the concept and components, advantages of DT implementation, common application areas in manufacturing and research gaps are presented. Additionally, there has been conducted an empirical part. This part consists of a multi-scenario analysis, using simulations from a fictitious case study of an assembly line. This analysis provides some insight into the effect digital twins can have on the productivity in the assembly line in case of workstation disruptions. The results from the review and simulations are used to help discuss whether or not the implementation of a digital twins in the given assembly line is cost-effective.