Unit 04 Production and Operations Management

Unit 4 Production Techniques 

Structure 4.1 Introduction 

4.2 Automated Production systems 4.3 Automated flow lines 4.4 Automated Assembly Lines 4.5 Flexible Manufacturing systems 4.6 Global trends in Rapid Prototyping 4.7 Building Manufacturing flexibility 4.8 Summary 

TQs 

Answer to SAQs and TQs 

4.1    Introduction 

Production techniques encompass the work systems,  their design  and the processes of planning and production control techniques.  Work systems define and consolidate the processes of manufacture.  Choices will have to be  in the field of deploying existing resources, reinforcing them with new equipments,  identifying new vendors, updating their technology, resolving quality problems, identifying bottlenecks in the flow of materials and information.  Suitability of  various techniques and their combinations has to be viewed with  flexibility for increasing or decreasing capacity to meet the market  compulsions.  Reducing inventory has become very important because of the necessity of movement of materials as raw materials, components, parts, spares, products have to be considered on a global scale.  Parts are sourced from different countries, assembled at various

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

42 

Production and Operations Management Unit 4 

places  some times as sub­assemblies, and shipped to various destinations.  Assurance of quality has become fundamental for an organization’s existence because processes involved are automated and the flows cannot be interrupted this would create inventories all along the line. We also need to develop new products at a faster pace as otherwise we will lose the market.  From concept to product, the periods are shrinking.  Computer aided systems help in the process and new technologies are being added to hasten them almost on a daily basis.  Manufacturing systems have to be designed to accommodate rapid changes.  With increases in variety of products  and reduced lead times at all stages of the supply chain flexibility has become vital to effect economies. Computerization and information technology are facilitating the various processes to make them accurate, timely and savings in cost. Learning Objectives :

· You will know the various manufacturing operations involved in the manufacturing 

processes. · · ·

You will appreciate how automation and robotics have helped both customized and mass manufacturing to be fast and economical at assure quality products.

You will learn how they make the manufacturing systems have flexibility built into them to enable organizations meet global demand.

You will be exposed to the latest trends in manufacturing and how firms leverage them to stay ahead in business. 

4.2 Automated Production systems 

All operation systems are based on the following criteria i) Output of the product ­ whether they are goods or services ii) Specification of the product ­ Standard or customized 

ii) The flow pattern ­ whether it is job shop or  batch production, Assembly or continuous. 

Let us see the evolution of the production systems   The goods required by society were produced in small quantities by craftsmen who would know the needs of the community and produced them by their own hands with simple tools.  The tools were made by himself with the help of apprentices or by another craftsman, who would make them to meet the requests made.  He would be responsible for

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

43 

Production and Operations Management Unit 4 

the design, procurement of the required materials an the processes, he considered fit.  Repeated performance would improve them and his customers got the benefit of the improvements of his skills and creativity.  As demand increased and more people were involved in the process, apprentices would join these craftsmen and additional supplies made.  The sources of power, apart from the humans, were horses and oxen. Water was lifted from the wells using pulleys.  Later on windmills were used for irrigation.  Transportation was by horses.  Wind sails were used for transportation on water.   All equipments were made to serve these purposes.  The advent of the steam changed much of all this.  It needed coal to produce steam an iron parts became necessary to generate and transfer which steam engines could produce.  Locomotives changed the way people moved themselves as well the materials.  Spinning and power looms changed the way clothes were made.  More importantly, the quantities produced could be distributed.   The parts and components used to make these machines had to be replaced when they wore.  Making parts so that interchangeability was achieved made setting up standards and specifications important for meeting.   The craftsmen gave way to engineers, workers, supervisors, and inspectors.  Division of labor became necessary to achieve efficiencies and the jobs that became specialized.  Invention of the internal combustion engine petrol and diesel ­ led to mass production of components.     Frederick Taylor  introduced the “science of management” Observation, documentation, analysis  became the backbone of achieving efficiencies. Machines in huge numbers had to be placed  to maximize production, to achieve quality and  we see the improvements leading to Special Purpose Machines, Numerically Controlled Machines and Robots.   Competition has necessitated improved quality, reduced rates and better service to the customer.  These have generated various methodologies of achieving efficiencies in all aspects of business such as procurement, manufacture, distribution, customer care,  acquisition utilization of funds.  Emphasis on Research and Development improved materials and new processes are brought forth. Advent of computers, information technology has become the biggest player in all aspects of business including operations. 

The equipments and processes selected depend on the volumes of output. 

The other important dimensions which are considered are job variety, flexibility of the process and volume.  The cost per unit determines the extent of automation required.  Automation systems cost huge sums of money and  therefore a deep analysis of the various factors has to be done.

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

44 

Production and Operations Management Unit 4 

For services, automation usually means labour saving devices  In education, long distance learning technology helps in supplementing class room instruction.  The facilitating goods that are used are web site and videos.  Automation  in the banking sector has resulted in ATMs which save the banks a huge amount of labour and it is found to have given greater customer satisfaction.  Automation is ideal when the service provided or the product manufactured is highly standardized.  Some extent of automation can be designed even with customization i.e. product or service s meant to produce or deliver low volumes specific to a requirement.  The advantage of automation is it has low variability and will be more consistent on a repetitive basis.  On the shop floor variability causes loss of quality. There are three kinds of automation fixed, programmable and flexible.  By its very nature, fixed automation is rigid.  They are designed for high volume production and their rigidity ensures less variability. They are not amenable to change in product or process.  They need minimal human intervention.  The machines have sensing and control devices that enable them to operate automatically.  The simplest of them – called machine attachments – they replace human effort. They guide, locate, move and achieve relative positions by means of cams, optical sensing, load sensing mechanisms and activate the controls to remove human intervention.    Numerically controlled machines read instructions and convert them to machine operations.  Computer/s are used for  controlling  one machine or a number of them and they have  programme written into them for operations.  They are Computer Numerically Controlled or, for short, CNC machines.   Robots are higher in the order of automation as they perform a variety of tasks.  They are designed to move materials by holding them in their arms and make precise movements according to programmers written into the computers that reside in them.   They simulate human actions. They can grip and hold tools and with the help of sensors which are sensitive to touch and force to ‘ know’ that the material is to be held with the requisite pressure for the conduct of operations.   Vision sensors are used for inspection, identification and guidance.  They use optics based instruments to gather data and feed them to the computers for activating the other parts of the robot.  With the help of automation, inspection of components can  be done 100% which ensures highest quality Identification and movement of materials are helped by bar codes which are read and fed into the system for monitoring quantity, location, movement etc.  They help the automated systems to sort information and provide information for effecting any changes necessary.   To make effective use of automated machines, we need to have the movement of materials from and to different stations as also stores, automated.  Automated Storage and Retrieval Systems – ASRS – receive orders for

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

45 

Production and Operations Management Unit 4 

materials from anywhere in the production area, collect materials and deliver materials to the workstations.  Computers and information systems are used for placing orders for materials, give commands, adjusts inventory records – which show the location and quantity of materials available/needed.  Continuous updation gives a clear picture for all concerned to enable them initiate action to keep the throughput smooth. Automated  Guided Vehicle Systems – AGVS – are pallet trucks and unit load carriers follow embedded guide wires or paint strips to reach destinations as programmed. 

Self Assessment Questions 1 

1, ____________ in the banking sector has resulted in ATMs which save the banks a huge amount of labour. 

2.   ___________     _______     ________     ________ receive orders for materials from anywhere in the production area, collect materials and deliver materials to the workstations. 4.3 Automated flow lines 

When several automated machines are linked by a transfer system which moves the parts by using handling machines which are also automated, we have an automated flow line.  After completing an operation on a machine, the semi­finished parts are moved to the next machine in the sequence determined by the process requirements a flow line is established. The  parts at various stages from raw material to ready for fitment or assembly are processed continuously to attain the required shapes or acquire special properties to enable them to perform desired functions.  The materials need to be moved, held, rotated, lifted, positioned etc. for completing different operations. Sometimes, a few of the operations can be done on a single machine with a number of attachments. They are  moved further to other machines for performing further operations. Human intervention may be needed to verify that the operations are taking place according to standards. When these can be achieved with the help of automation and the processes are conducted with self regulation, we will have automated flow lines established.   One important consideration is to balance times that different machines take to complete the operations assigned to them. It  is necessary to design the machines in such a way that the operation times are the same throughout the sequence in the flow of the martial.  In fixed automation or hard automation, where one component is manufactured using several operations and machines it is possible to achieve this condition – or very nearly.  We assume

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

46 

Production and Operations Management Unit 4 

that product life cycles are sufficiently stable to invest heavily on the automated flow lines to achieve reduced cost per unit.  The global trends are favouring flexibility in the manufacturing systems.  The costs involved in changing the set up of automated flow lines are high.  So, automated flow lines are considered only when the product is required to be made in high volumes over a relatively long period. Designers now incorporate flexibility in the machines which will take care of small changes in dimensions by making adjustments or minor changes in the existing machine or layout.   The change in movements needed can be achieved by programming the machines.   Provision for extra pallets or tool holders or conveyors are made in the original design to accommodate anticipated changes.   The logic to be followed is to find out whether the reduction in cost per piece justifies the costs of designing, manufacturing and setting up automated flow lines. Group Technology, Cellular Manufacturing along with conventional Product and Process Layouts are still resorted to as they allow flexibility for the production system.   With methodologies of JIT and Lean Manufacturing finding importance and relevance in the competitive field of manufacturing, many companies have found that well designed flow lines suit their purpose well. Flow lines compel engineers to put in place equipments that balance their production rates.  It is not possible to think of inventories (Work In Process) in a flow line.  Bottlenecks cannot be permitted.  By necessity, every bottleneck gets focused upon and solutions found to ease them.  Production managers see every bottleneck as an opportunity to hasten the flow and reduce inventories.   However, it is important to note that setting up automated flow lines will not be suitable for many industries 

Self Assessment Questions: 2 1.In _____________ 

where one component is manufactured using several operations and 

machines it is possible to achieve this condition or very nearly. 

2.  It is not possible to think of ____________ a flow line. _______ cannot be permitted. 4.4 Automated Assembly Lines 

All equipments needed to make a finished product are laid out in such a way as to follow the sequence in which the parts or sub­assemblies are put together and fitted.   Usually, a frame, body, base will be the starting point of an assembly.  The frame itself consists of a construction made up of several components and would have been ‘assembled’ or ‘fabricated’ in a  separate bay or plant and

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

47 

Production and Operations Management Unit 4 

brought to the assembly line.  All parts or sub­assemblies are fitted to enable the product to be in readiness to perform the function it was designed to.  This process is called assembly. Methodologies of achieving the final result may vary, but the basic principle is to fit all parts together and ensure linkages so that their functions are integrated and give out the desired output. 

Product Layouts are designed so that the assembly tasks are performed in the sequence they are designed.  You will note that the same task gets repeated at each station continuously.  The finished item comes out at the end of the line 

1 2a 3 4 52b The material goes from station 1 to 5 sequentially.  Operation 2 takes longer time, say twice as long. To see that the flow is kept at the same pace we provide two locations 2a and 2b so that operations 3, 4 an 5 need not wait. At 5, we may provide more personnel to complete operations.  The time taken at any of the locations should be the same.  Otherwise the flow is interrupted.  In automated assembly lines the moving pallets move the materials from station to station and moving arms pick up parts, place them at specified places and fasten them by pressing, riveting, screwing or even welding.  Sensors will keep track of these activities and move the assemblies to the next stage.  An operator will oversee that the assemblies are happening and there are no stoppages.  The main consideration for using automated assembly lines is that the volumes justify the huge expenses involved in setting up the system. Self Assessment Questions  3: 

1. __________ are designed so that the assembly tasks are performed in the sequence they are designed. 

2. In ______________ lines the moving pallets move the materials from station to station. 4.5 Flexible Manufacturing systems 

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

48 

Production and Operations Management Unit 4 

These consists of a  production machines; material handling and transferring  machines, and a computer system. 

The machines are arranged in a sequence to perform operations according to the technical requirements.  After each operation the material is picked up and transferred to the next machine where it is held and next operation performed. During this process the machines have to stop, release the material that has been worked upon and receive the component from the previous operation and clamped  The cycle is programmed and the various actions of the machines are performed by the controls that are  executed by the computer system. 

The tools are loaded, 

movements are effected, speeds controlled automatically without the need for worker’s involvement. One system as described above is designed to produce components that belong to a ‘group’.   A group of components will have similar shapes, though varying in sizes , requiring a series of operations which are almost identical, so that same machines can be programmed to produce them in batches by changing the programme in the computers.  Since reprogrammed operations are capable of producing different components, we have a flexibility in the manufacturing process.  This flexibility leads to better utilization of the equipments.  It reduces the numbers of systems and aids in reduction of investment as well as space needed to install them.  One of the major concerns of modern manufacturing systems is to be able to respond to market demands which have uncertainties.  Continuous development of products necessitates changes in parts.  Flexibility is important so that manufacturing systems are capable of accommodating these changes.  Automated systems help in reducing costs but they demand huge investments.  Cellular  layouts of arranging machines help in flexibility,  because when machines that have similar processes are grouped together to make similar components skills, materials and machine times can be shared.  Scheduling and sequencing become more efficient because volumes required can be distributed or delayed or clubbed together to meet variation in demands.  The machines receive instructions from the computer regarding settings, loading and unloading of the machines. Self Assessment Questions 4. 

1. __________ of arranging machines helps in flexibility, because when machines that have similar processes are grouped together. 

2. Since _____________ are capable of producing different components, we have a flexibility in the manufacturing process.

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

49 

Production and Operations Management Unit 4 

4.6 Global trends in Rapid Prototyping 

Prototyping is a process by which a new product is developed in small numbers so as to determine the suitability of the materials, study the various methods of manufacture, type of machinery required and to develop techniques to overcome problems that my be encountered when full scale manufacture is undertaken.  Prototypes do meet the specifications of the components that enter a product and performance can be measured on those.  It helps in confirming the design and any shortcomings can be rectified at low cost.  If serious defects or problems arise during the manufacture, a thorough change in design or even its replacement may be considered.  To arrive at decisions to make use of the advantages stated above, it is important that the prototypes are made within the shortest possible time. Rapid prototyping facilitates this.  It uses virtual designs from Computer Aided Design – CAD ­ or animation modeling which transforms dimensional data to 3­ dimensional views.  The physical space of the product is amenable to have cross sections made. Cross sections taken at very close positions gives thin layers which enable the generation of a solid model of the designed product.  The data that is thus created helps build a solid model exactly as per the drawings.  Any shape can be generated in this method. Advanced technologies like – SLS ( Selective Laser Sintering), FDM (Fused Deposition Modeling), LOM (Laminated Object Manufacture), EBM (Electronic Beam Melting) are some of  Rapid Prototype Modeling Processes. Since the basis data about the product is already available in CAD, the above processes can produce models in a matter of a few days.  Conventional machines like lathes, milling machines, grinding machines, EDM (Electro Discharge Machining) also help in the production of prototypes. Because of their advantages Rapid Prototyping is being increasingly used.  A bi­monthly magazine ­ TCT Magazine – calling the Rapid Prototyping ­ as Time Compressing Techniques – is dedicated to the publication of latest developments in this field as researched and developed by practitioners around the world. 

Self Assessment Questions :5 1. 

___________ is a process by which a new product is developed in small numbers so as to determine the suitability of the materials

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

50 

Production and Operations Management Unit 4 

4.7 Building Manufacturing Flexibility 

Flexibility has three dimensions in the manufacturing field. They are Variety, Volume and Time. Their demands will have to be satisfied.  In that sense they become constraints which restrict the maximization of productivity.  Every business will have to meet the market  demands of its various products in varying volumes at different times. Production schedules are made on the basis of records and forecasts using  quantitative techniques.   However,  the volumes of different products at any given time will be at variance with what had been scheduled.   These introduce situations when manufacturing sequences will have to be changed, set ups disturbed, stoppages of jobs that are running.  So, flexibility will have to be built into the system to accommodate these changes, which must be implemented to meet customer demands.  This ability is a strategic which gives a firm advantage of enhancing customer satisfaction.   Flexibility is also needed to be able to develop new products or make improvements in the products fast enough to cater to shifting market needs.  By building excess capacities and carrying sufficient inventories, we can take care of fluctuations.  But these add to the cost of the product, which are not acceptable.  It is a challenge that gets addressed by all organizations to maintain there competitiveness. Self Assessment Question 6: 

1. Flexibility has three dimensions in the manufacturing field.  They are_____, ______ and _____. 4.8Summary 

We have discussed the various manufacturing operations involved in the manufacturing processes. You have learnt how automation and robotics help both customized and mass manufacturing to be fast and economical at assure quality products. Manufacturing systems have flexibility built into them to enable organizations meet global demand. You have understood how the latest trends in manufacturing when implemented help firms to stay ahead in business. Terminal Questions 

1. Explain the various automated systems for transfer of materials in the production plant? 2. Explain the process of building manufacturing flexibility?

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

51 

Production and Operations Management Unit 4 

Answers to Self Assessment Questions and TQs Self Assessment Questions 1 1: Automation 

2. Automated, Storage and Retrieval Systems,ASRS Self Assessment Questions 2 1 Special purpose machine 2.  inventories , Bottlenecks Self Assessment Questions 3 1. Product layouts. 2. Automated assembly. Self Assessment Questions 4 1. Cellular layout. 

2. Reprogrammed operations. Self Assessment Questions 5 1. Prototyping. 

Self Assessment Questions 6 1. Variety, Volume and Time Answers to Terminal Questions: 1.  Refer to 4.2 2.  Refer to 4.5

______________________________________________________________________________ 

Sikkim Manipal University 

52