Synchronizing production of precast elements with on-site erection

• Autorzy: Jaśkowski Piotr , Biruk Sławomir , Krzemiński Michał

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.151005

Warianty tytułu

PL

Synchronizacja produkcji prefabrykatów z realizacją procesów podstawowej produkcji budowlanej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Offsite construction technologies are developed to reduce project cost and duration. To make the most of the potential offered by prefabrication the planner should consider the whole supply chain. A failure to coordinate the off-site production with on-site erection is a source of waste (waiting time of the construction crews or redundant handling activities on-site). Most of the research to date focused on optimizing operations of a prefabrication plant assuming a deterministic schedule of demand for its products. The purpose of this paper is to develop a mathematical model for integrated scheduling of offsite and on-site operations. Its solution is a schedule that minimizes the downtime of both the prefabrication plant and the on-site erection crews. In accordance with the Just-in-Time concept, the prefabrication schedule is set in a way to reduce the stocks of finished products, thus reducing the storage area and cost of funds tied up in inventory. The schedule’s robustness against the disturbance in the production and erection workflows is assumed to be assured allocating time buffers. The advantage of the proposed method is the ease of collecting the input: instead of detailed cost records, estimates of unit cost of lost time can be used.

PL

Zintegrowane zarządzanie łańcuchem dostaw oraz zapewnienie synchronizacji produkcji prefabrykatów z montażem na budowie może przynieść efekty w postaci redukcji przestojów zarówno wytwórni jak i brygad roboczych, zmniejszenia kosztów magazynowania prefabrykatów oraz zamrożenia środków finansowych w zapasach. Duży wpływ na ryzyko czasu i kosztu ma termin rozpoczęcia procesu prefabrykacji w stosunku do terminu rozpoczęcia montażu oraz tempo produkcji, zależne od mocy produkcyjnej zakładu prefabrykacji. Tempo produkcji i wielkość partii oraz terminarz dostaw są uzależnione od postępu procesu montażu – procesy produkcji podstawowej i pomocniczej przebiegają równocześnie i powinny być planowane równorzędnie. Celem synchronizacji jest redukcja kosztownych strat czasu – przestojów w pracy wytwórni i prac na budowie, ale również zbędnych zapasów elementów. Terminy montażu elementów są zatem uwarunkowane przebiegiem realizacji innych procesów w ramach danego przedsięwzięcia. W artykule zaproponowana model matematyczny problemu synchronizacji produkcji podstawowej i pomocniczej realizowanej w wytwórni prefabrykatów. W odróżnieniu od wcześniej przedstawionych w literaturze metod, proponowane podejście zakłada, że terminy montażu elementów nie są sztywne, lecz są ustalane poprzez rozwiązanie opracowanego modelu optymalizacyjnego. Terminy rozpoczęcia produkcji poszczególnych partii prefabrykatów są synchronizowane z terminami zapotrzebowania w celu redukcji przestojów pracy wytwórni oraz brygad realizujących poszczególne procesy budowlane. Podejście to bazuje na koncepcji metody JIT, lecz uwzględnia możliwość wystąpienia zakłóceń zarówno w produkcji w zakładzie jak i na budowie poprzez uwzględnienie w harmonogramie buforów czasu. W artykule zilustrowano zastosowanie proponowanego modelu na przykładzie realizacji przedsięwzięcia polegającego na realizacji kompleksu dwóch budynków w stanie surowym o konstrukcji mieszanej. Przeprowadzono analizę wrażliwości uzyskanego rozwiązania na zmiany wag modelu (kosztu jednego dnia przerwy w pracy brygady montażowej, kosztu dziennego gromadzenia zapasu elementów i jednostkowego kosztu przestoju wytwórni). Utworzony model poddano także analizie pod kątem możliwości i skutków eliminacji zbędnego czasu składowania prefabrykatów oraz przestojów w pracy wytwórni. Przykład został rozwiązany z wykorzystaniem Lingo 14.0. Zaproponowany w artykule podejście pozwala zaplanować terminy produkcji prefabrykatów oraz dostosować do nich terminy prac montażowych w celu minimalizacji kosztów związanych z przestojami i gromadzeniem nadmiernych zapasów. Zaletą opracowanego modelu matematycznego jest możliwość bazowania jedynie na oszacowaniu wzajemnych relacji pomiędzy kosztami jednostkowymi strat czasu, bez konieczności dostępu do szczegółowych danych z ewidencji kosztów. Zaproponowana postać liniowa modelu pozwala na zastosowanie do jego rozwiązania dostępnych powszechnie solverów.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 3
• Strony: 607--618
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jaśkowski Piotr

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1661-3373

autor

Biruk Sławomir

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4392-8426

autor

Krzemiński Michał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6352-5942

Bibliografia

• [1] R.Y. Zhong, Y. Peng, F. Xue, J. Fang, W. Zou, H. Luo, S.T. Ng, W. Lu, G.Q.P. Shen, and G.Q. Huang, “Prefabricated construction enabled by the Internet-of-Things”, Automation in Construction, vol. 76, pp. 59-70, 2017, doi: 10.1016/j.autcon.2017.01.006.
• [2] Y. Zhai, R. Y. Zhong, and G. Q. Huang, “Buffer space hedging and coordination in prefabricated construction supply chain management”, International Journal of Production Economics, vol. 200, pp. 192-206, 2018, doi: 10.1016/j.ijpe.2018.03.014.
• [3] L. Jiao and X.D. Li, “Application of prefabricated concrete in residential buildings and its safety management”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 2, pp. 21-35, 2018, doi: 10.2478/ace-2018-0014.
• [4] L.S. Pheng and J.C. Chuan, “Just-in-time management in precast concrete construction: a survey of the readiness of main contractors in Singapore", Integrated Manufacturing Systems, vol. 12, no. 6, pp. 416-429, 2001, doi: 10.1108/EUM0000000006107.
• [5] A. Radziejowska and A. Sobotka, “Assessment of large-panel prefabricated buildings in the social aspect of sustainable construction”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 3, pp. 93-108, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.138045.
• [6] A. Tofiluk, “Problems and challenges of the built environment and the potential of prefabricated architecture”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 405-424, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.146088.
• [7] O.Y. Bayraktar, “Prefabricated concrete and waste management”, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 9, no. 12, pp. 614-614, 2020, doi: 10.17577/IJERTV9IS120175.
• [8] M. Arashpour, R. Wakefield, E.W.M. Lee, R. Chan, and M.R. Hosseini, “Analysis of interacting uncertainties in on-site and offsite activities: Implications for hybrid construction”, International Journal of Project Management, vol. 34, no. 7, pp. 1393-1402, 2016, doi: 10.1016/j.ijproman.2016.02.004.
• [9] A. Ekeskär and M. Rudberg, “Third-party logistics in construction: The case of a large hospital project”, Construction Management and Economics, vol. 34, no. 3, pp. 174-191, 2016, doi: 10.1080/01446193.2016.1186809.
• [10] S. Ghosh and M. Hamad, “A model for measuring disruption risks in the prefabrication supply chain”, International Journal of Construction Supply Chain Management, vol. 11, no. 2, pp. 69-89, 2021, doi: 10.14424/ijcscm110221-69-88.
• [11] S.H.A. Li, H.P. Tserng, S.Y.L. Yin, and C.-W. Hsu, “A production modeling with genetic algorithms for a stationary pre-cast supply chain”, Expert Systems with Applications, vol. 37, no.12, pp. 8406-8416, 2010, doi: 10.1016/j.eswa.2010.05.040.
• [12] V. Benjaoran and N. Dawood, “Intelligence approach to production planning system for bespoke precast concrete products”, Automation in Construction, vol. 15, no. 6, pp. 737-745, 2006, doi: 10.1016/j.autcon.2005.09.007.
• [13] Z.Wang, H. Hu, J. Gong, and X. Ma, “Synchronizing production scheduling with resources allocation for precast components in a multi-agent system environment”, Journal of Manufacturing Systems, vol. 49, pp. 131-142, 2018, doi: 10.1016/j.jmsy.2018.09.004.
• [14] Y. Dan and G. Liu, “Integrated scheduling optimization of production and transportation for precast component with delivery time window”, Engineering, Construction and Architectural Management, 2023, doi: 10.1108/ECAM-09-2022-0871.
• [15] C.-H. Ko, “An integrated framework for reducing precast fabrication inventory”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 16, no. 3, pp. 418-427, 2010, doi: 10.3846/jcem.2010.48.
• [16] B. Anvari, P. Angeloudis, and W.Y. Ochieng, “Amulti-objectiveGA-based optimisation for holistic manufacturing, transportation and assembly of precast construction”, Automation in Construction, vol. 71, no. 2, pp. 226-241, 2016, 2016, doi: 10.1016/j.autcon.2016.08.007.
• [17] T. Matt, P. Dallasega, and E. Rauch, “Synchronization of the Manufacturing Process and On-site Installation in ETO Companies”, Procedia CIRP, vol. 17, pp. 457-462, 2014, doi: 10.1016/j.procir.2014.01.058.
• [18] T.Y. Choi, T.H. Netland, N. Sanders, M.S. Sodhi, and S.M. Wagner, “Just-in-time for supply chains in turbulent times”, Production and Operations Management, vol. 32, no. 7, pp. 2331-2340, 2023, doi: 10.1111/poms.13979.
• [19] M. Soliman, Toyota Production System: An Integrated Approach to Just-In-Time, 4th ed. CRC Press, 2012.
• [20] S.P. Low and J.C. Choong, “Just-in-time management of precast concrete construction”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 127, no. 6, pp. 494-501, 2001, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2001)127:6(494).
• [21] V.F. Fristia and T.W. Adi, “Factors affecting the decision to use Just-In-Time method for precast components in Surabaya construction industry”, in The 2nd International Seminar on Science and Technology. Postgraduate Program Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2016, pp. 37-42.
• [22] N.Q. Toan, H.N.T. My, N.V. Tam, P.X. Anh, D.T. Hai, and N.T. Thuy, “How do contractors select material suppliers for construction projects? Evidence from Vietnam”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 3, pp. 273-288, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.141885.
• [23] L. Kong, H. Li, H. Luo, L. Ding, and X. Zhang, “Sustainable performance of just-in-time (JIT) management in time-dependent batch delivery scheduling of precast construction”, Journal of Cleaner Production, vol. 193, pp. 684-701, 2018, doi: 10.1016/j.jclepro.2018.05.037.
• [24] Y. Xie, H. Wang, G. Liu, and H. Lu, “Just-in-Time precast production scheduling using dominance rule-based genetic algorithm", IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, vol. 34, no. 9, pp. 5283-5297, 2023, doi: 10.1109/TNNLS.2022.3217318.
• [25] B. Tan, D.C.K. Huat, J.I. Messner, and M.J. Horman, “Using simulation for pull-driven scheduling with buffer for precast concrete component fabrication and erection”, in Proceedings of the 16th CIB World Building Congress. Rotterdam, The Netherlands, 2004, pp. 10-21.
• [26] W. Chen, Y. Zhao, Y. Yu, K. Chen, and M. Arashpour, “Collaborative scheduling of on-site and off-site operations in prefabrication”, Sustainability, vol. 12, no. 21, art. no. 9266, 2020, doi: 10.3390/su12219266.