Offline task assignment for robotized packaging systems startup transients

Automation in industrial production systems is evolving everyday more with the aim of increasing productivity and plant efficiency. The ever-growing demand has led to increased complexity of the plants and has made necessary the usage of a supervisor. Robotized packaging systems are a subset of production systems. These systems consist of a set of robots performing pick-and-place tasks and multiple conveying mechanisms. The systems complexity requires a carefully designed supervisor which must deal with the non-intuitive task of mission assignments to the team of robots. In this context arises the problem of task assignment for Pick-and-Place robotized systems. The aim of this thesis is to develop offline mission assignment algorithms that assure a correct fulfilment of the pick and place tasks. For this reason two algorithms have been developed to tackle the startup transient task assignment problem. The first one, named the Shifted Cyclic Algorithm, has been developed starting from a base cyclic algorithm whose optimal performance during the steady state regime has already been proved. This algorithm uses several scheduling rules, derived from simulation based observations, to generate the mission assignment vectors. The advantage of this algorithm lies in its simplicity however the set of plant configurations on which it can be applied is limited. The second algorithm presented is the Mission Scheduling for Startup Transients Algorithm (MISSTRA) and the plant configurations range on which it can be applied is much wider. This algorithm uses slightly more complex scheduling rules compared to the Shifted Cyclic Algorithm. These scheduling rules are also derived from simulation based observations. Simulations have shown that both algorithms are able to guarantee zero lost products during the startup transient for plants whose sets of configuration parameters are inside the algorithms application limits.

L’Automazione nei sistemi di produzione industriale è in continua evoluzione con lo scopo di aumentare la produttività e l'efficienza degli impianti. La domanda sempre crescente ha portato ad un aumento della complessità degli impianti e ha reso necessario l'utilizzo di un supervisore. I sistemi di imballaggio robotizzati sono un sottoinsieme dei sistemi di produzione. Questi sistemi sono costituiti da un insieme di robot che effettuano operazioni di prelievo e deposito, e molteplici meccanismi di trasporto. La complessità dei sistemi richiede un supervisore progettato con cura, che deve fare i conti con il compito non intuitivo di assegnazione delle missioni per la squadra di robot. In questo contesto sorge il problema di assegnazione delle missioni per sistemi di imballaggio robotizzati. Lo scopo di questa tesi è quello di sviluppare algoritmi non in linea di assegnazione missioni che assicurino un corretto adempimento dei compiti di prelievo e deposito. Per questo motivo sono stati sviluppati due algoritmi per affrontare il problema durante il transitorio di avvio. Il primo, chiamato Shifted Cyclic algorithm, è stato sviluppato a partire da un algoritmo ciclico di base le cui prestazioni ottimali durante il regime sono già state dimostrate. Questo algoritmo utilizza diverse regole di assegnazione, derivate da osservazioni delle simulazioni, per generare i vettori di assegnamento. Il vantaggio di questo algoritmo sta nella sua semplicità ma l'insieme di configurazioni di impianto su cui può essere applicato è limitato. Il secondo algoritmo presentato è il Mission Scheduling for Startup Transients Algorithm (MISSTRA) e l’insieme di configurazioni impiantistiche su cui può essere applicato è molto più ampio. Questo algoritmo utilizza delle regole di programmazione un po 'più complesse rispetto al Shifted Cyclic algorithm. Come nel algoritmo precedete queste regole di assegnazione sono state generate basandosi su osservazioni delle simulazioni. Le simulazioni hanno mostrato che entrambi gli algoritmi sono in grado di garantire lo zero prodotti persi durante il transitorio di avvio per impianti i cui di parametri di configurazione sono entro i limiti di applicazione algoritmi.