A knowledge-based engineering approach to automate the assembly lines configuration

One of the most important factors that allows the big enterprises to be competitive in the market is the capability to develop products that are tailored on the specific customer requirements with a short lead-time. The customization of the standard product steals time to the innovative and creative design process done by the professionals that have to spend a lot of time in routine-like tasks. A clear distinction, between the plant configuration process for each customer and the general purpose components of the plant, is highlighted in the assembly lines production industries. Hence, this thesis aims to develop an automated configuration tool for assembly lines. First of all, it proposes a general definition of product configuration and then specified for the specific field of the assembly lines. A Knowledge-based Engineering approach was used. The configuration process for an assembly line has been identified with the experts of a big manufacturing italian company through some interviews with the staff itself. One of the critical issue is that the domain knowledge is mostly tacit. The formalization process of the line structure was done exploting firstly the mind maps and then the UML Class Diagram. The implementation stage was carried out with a commercial development tool. The prototype allows users to obtain the Bill of Process (BOP), the Bill of Material (BOM), the 2D and 3D CAD models of the line. An industrial case study was used to validate the proposed approach: the configuration of a cylinder head assembly line was performed. The case is related to a four cylinder and sixteen valves engine.

Uno dei più importanti fattori di competitività per le aziende manufatturiere è la capacità di sviluppare prodotti su misura del cliente in tempi sempre più ridotti. Le personalizzazioni di prodotti standard sottraggono tempo al processo di progettazione innovativa e creativa e obbligano gli addetti ai lavori a dedicarsi sempre più ad attività ripetitive. Inoltre, poichè la competizione è mondiale, il numero di varianti destinate ai diversi mercati ha mostrato una crescita esponenziale negli ultimi anni. Nel settore di produzione e fornitura di linee di assemblaggio si evidenzia inoltre una netta distinzione tra il processo di configurazione dell’impianto per il singolo cliente e la progettazione dei componenti della linea che sono di carattere generale. In questo contesto, la tesi si focalizza sulla realizzazione di un sistema di configurazione automatica per linee di assemblaggio. Anzitutto propone una definizione di configurazione di prodotto in generale e di configurazione di linee di assemblaggio in particolare. L’approccio utilizzato è quello tipico della Knowledge-based Engineering. Il processo di configurazione di una linea è stato individuato in collaborazione con gli esperti di una grande azienda produttrice italiana per mezzo di colloqui con il personale stesso. Una delle maggiori difficoltà è dovuta al fatto che una quota rilevante della conoscenza necessaria per effetuare il compito è in gran parte tacita. La formalizzazione del pro cesso di configurazione della struttura della linea è stata effettuata utilizzando da prima le mind maps e poi i diagrammi UML Class Diagram. La successiva fase di implementazione è stata ottenuta con uno strumento di sviluppo commerciale. Il prototipo realizzato consente di ottenere la lista delle operazioni (Bill of Process), la distinta base (Bill of Material) e i modelli CAD 2D e 3D della linea configurata. L’adeguatezza di tale approccio è stata verificata con un esempio di configurazione sviluppato in un ambito industriale: si tratta di una linea per l’assemblaggio delle valvole di una testata di motore a quattro cilindri e sedici valvole. I risultati sono in linea con quanto atteso.