Towards Human-Centric Assembly Lines: The Role of Fuzzy Expert Systems and Ergonomic Design

L'industrie manufacturière repose fortement sur la conception et l'optimisation des lignes d'assemblage (LAs) pour améliorer la productivité, l'efficacité et la durabilité opérationnelle. Les problèmes traditionnels d'équilibrage des lignes d'assemblage (ALBPs) se sont principalement concentrés sur l'optimisation des indicateurs opérationnels, souvent au détriment des facteurs humains et de l'ergonomie (HF/E). Cependant, les environnements de production deviennent de plus en plus complexes en raison de la volatilité du marché et de la demande croissante pour des produits personnalisés. Par conséquent, il est nécessaire de mettre en place des systèmes de production plus flexibles et adaptatifs. Cette évolution souligne l'importance cruciale d'intégrer les considérations ergonomiques dès la phase de conception des LAs, afin de garantir que le bien-être des travailleurs soit priorisé, parallèlement à l'efficacité opérationnelle. Cette thèse de doctorat répond à ce besoin en proposant de nouvelles approches basées sur la logique floue et les systèmes experts pour gérer les incertitudes inhérentes aux évaluations ergonomiques et à l'allocation des tâches. Contrairement aux méthodes traditionnelles d'ALBP qui reposent sur des modèles déterministes, cette recherche propose une approche centrée sur l'humain qui intègre l'ergonomie dès la phase de conception, ouvrant la voie à des systèmes de lignes d'assemblage plus adaptatifs et réactifs. La recherche est structurée autour de trois objectifs clés, chacun apportant des avancées uniques dans le domaine, présentées sous la forme de quatre articles distincts. Le premier article, intitulé “Ergonomic Assembly Line Balancing Problems Evolution and Future Trends with Insights into Industry 5.0 Paradigm”, offre une revue complète des ALBPs, avec un accent particulier sur les aspects ergonomiques (Ergo-ALBPs) et le paradigme émergent de l'Industrie 5.0. Grâce à une analyse systématique de 57 études publiées entre 2011 et 2022, cet article explore l'intégration des indicateurs HF/E avec les facteurs opérationnels dans les problèmes d'optimisation. Il met en lumière les tendances significatives, les lacunes de la recherche et les opportunités futures dans le domaine des Ergo-ALBPs, en insistant sur l'importance de la conception centrée sur l'humain et de la collaboration entre les travailleurs et les technologies avancées, telles qu'explorées dans l'Industrie 5.0.

Abstract

The manufacturing industry relies heavily on the design and optimization of assembly lines (ALs) to enhance productivity, efficiency, and operational sustainability. Traditional assembly line balancing problems (ALBPs) have focused primarily on optimizing operational metrics, often at the expense of human factors and ergonomics (HF/E). However, manufacturing environments are becoming increasingly complex due to market volatility and the rising demand for customized products. As a result, there is a growing need for more flexible and adaptive production systems. This shift highlights the critical need to integrate ergonomic considerations into the design phase of ALs, ensuring that worker well-being is prioritized alongside operational efficiency. This Ph.D. thesis addresses this need by introducing novel approaches that leverage fuzzy logic and expert systems to manage the inherent uncertainties in ergonomic assessments and task allocations. Unlike traditional ALBP methods, which mostly rely on deterministic models, this research presents a human-centric approach that integrates ergonomics into the early design phase, paving the way for more adaptive and responsive assembly line systems. The research is structured around three key objectives, each contributing unique advancements to the field, presented in the form of four distinct articles. The first article, titled "Ergonomic Assembly Line Balancing Problems Evolution and Future Trends with Insights into Industry 5.0 Paradigm," provides a comprehensive review of ALBPs, focusing specifically on ergonomic aspects (Ergo-ALBPs) and the emerging Industry 5.0 paradigm. Through a systematic analysis of 57 studies published between 2011 and 2022, this paper explores the integration of HF/E indicators alongside operational factors in optimization problems. It highlights significant trends, research gaps, and opportunities for future research in Ergo-ALBPs, with particular emphasis on the importance of human-centered design and the collaboration between workers and advanced technologies, as emphasized by Industry 5.0.