Modelling modular transportation devices for reasoning on reconfigurable manufacturing systems using answer set programming

Manufacturing players are facing several challenges coming from current socio-economic macro trends. Demographical change, emerging markets, climate and environmental change, resource scarcity and the acceleration of technological innovation are changing the way companies address their businesses. These trends are forcing manufacturing companies to increase their responsiveness. In this regard, Reconfigurable Manufacturing Systems aim at designing production systems that are flexible and easily adaptable to changes in product and process requirements. At the same time, Industry 4.0 guidelines push companies toward the digitalization of the manufacturing plant, in order to facilitate the design and the real-time management of the system. Moreover, the digitalization of the plant is a relevant support for the development of RMSs, that require easy and fast adaptability at both hardware and software level, in particular as regards control systems. In this context, this thesis addresses the modelling of modular and reconfigurable transportation systems, aiming at developing tools to support the planning and control. The logic programming language Answer Set Programming (ASP) is employed to formalize rules modelling the characteristics of a transportation system and describing its dynamics. Then, automatic reasoning is exploited to find solutions in different use cases, including the generation of optimal or alternative paths, the generation and validation of control sequences. The proposed methodology is applied to a reconfigurable transport system composed of linear modules installed at the De-manufacturing plant in ITIA-CNR, Milan, Italy.

I protagonisti del settore manifatturiero si trovano ad affrontare diverse sfide provenienti dagli attuali trend di natura socio-economica. Il cambiamento demografico, la presenza di mercati emergenti, i cambiamenti climatici e ambientali, la scarsità di risorse e l'accelerazione delle innovazioni tecnologiche stanno cambiando il modo in cui le aziende svolgono le loro attività. Questi trend spingono le aziende manifatturiere ad aumentare la loro capacità di risposta. A questo proposito, i sistemi di produzione riconfigurabili (RMS) sono mirati allo sviluppo di sistemi di produzione flessibili e facilmente adattabili ai cambiamenti di requisiti di prodotti e processi. Allo stesso tempo, le linee guide di Industria 4.0 spingono le aziende verso la digitalizzazione dell’impianto produttivo, al fine di facilitare la progettazione e la gestione in tempo reale del sistema. Inoltre, la digitalizzazione del sistema è uno strumento rilevante per lo sviluppo degli RMSs, che richiedono una forte adattabilità a livello hardware e software, soprattutto per quanto riguarda i sistemi di controllo. In questo contesto, questa tesi affronta la modellazione di sistemi di trasporto modulari e riconfigurabili, finalizzata a sviluppare strumenti di supporto per pianificazione e controllo. Il linguaggio di programmazione logica Answer Set Programming (ASP) è impiegato per definire le regole che modellano le caratteristiche di un sistema di trasporto e ne descrivono le dinamiche di funzionamento. Attraverso il ragionamento automatico il programma viene utilizzato per trovare soluzioni in diversi casi di utilizzo, tra cui la generazione di percorsi ottimali o alternativi, la generazione e la validazione di sequenze di controllo. La metodologia proposta è applicata ad un sistema di trasporto riconfigurabile composto da moduli lineari, installato presso l’impianto di De-Manufacturing in ITIA-CNR, Milano, Italia.