An approach to support the design and control of modular reconfigurable transportation systems

Abstract The modern industrial framework, characterized by short product life cycles, fluctuations in the demand and frequent modifications in the production processes, requires the implementation of flexible and reconfigurable systems. The need to perform the double requirement of flexibility and reconfigurability makes necessary the implementation of systems where physical components, sensing elements and control software are heavily integrated and connected. In this work an approach to support the design of hierarchical control systems to improve both the flexibility and reconfigurability in a generic modular Reconfigurable Transportation System (RTS) is proposed. A model of a generic RTS is developed using both Petri Nets and the Answer Set Programming (ASP); this model can be applied to any Reconfigurable Transportation System characterized by the properties defined in the problem statement in terms of hardware components and behaviour. In particular, the attention is focused on the ASP model that enables (1) to calculate all the feasible paths connecting two points inside the system, and also (2) to generate a graph representing all the feasible transitions between the positions of the RTS. The first result is related to the issue of routings management and it enhances the flexibility of an RTS. The second outcome enhances the reconfigurability of the RTS since it supports a fast and automatic configuration of the control system after any type of hardware reconfiguration (temporary or permanent). The proposed approach has been tested both in a real and virtual RTS. The real RTS is the De-Manufacturing plant sited at ITIA CNR in Milan, whereas the virtual RTS was developed with a software tool named Factory I/O. In the virtual RTS the ASP model is used to implement a functioning control system which enables the movement of the pallet inside the virtual environment.

Sommario Il moderno quadro industriale, caratterizzato da brevi cicli di vita del prodotto, fluttuazioni della domanda e frequenti modifiche nei processi di produzione, richiede l'implementazione di sistemi flessibili e riconfigurabili. La necessità di soddisfare il doppio requisito di flessibilità e riconfigurabilità rende necessaria l'implementazione di sistemi in cui componenti fisici, sensori e software di controllo sono fortemente integrati e connessi. In questo lavoro viene proposto un approccio per supportare la progettazione di sistemi di controllo gerarchici, per migliorare sia la flessibilità che la riconfigurabilità in un generico sistema di trasporto modulare riconfigurabile (RTS). Un modello di un generico RTS viene sviluppato utilizzando sia le reti di Petri che Answer Set Programming (ASP); questo modello può essere applicato a qualsiasi sistema di trasporto riconfigurabile caratterizzato dalle proprietà definite nella dichiarazione del problema in termini di componenti hardware e comportamento. In particolare, l'attenzione è focalizzata sul modello ASP che consente (1) di calcolare tutti i percorsi possibili che collegano due punti all'interno del sistema, e anche (2) di generare un grafo che rappresenta tutte le transizioni possibili tra le posizioni dell'RTS. Il primo risultato è correlato al problema della gestione dei percorsi e migliora la flessibilità di un RTS. Il secondo risultato migliora la riconfigurabilità dell'RTS poiché supporta una configurazione rapida e automatica del sistema di controllo dopo qualsiasi tipo di riconfigurazione hardware (temporanea o permanente). L'approccio proposto è stato testato sia in un sistema di trasporto rinconfigurabile reale che virtuale. L’RTS reale è l’impianto di de-Manufacturing situato all’ITIA CNR a Milano, mentre l'RTS virtuale è stato sviluppato con uno strumento software chiamato Factory I / O. Nell'RTS virtuale il modello ASP viene utilizzato per implementare un sistema di controllo funzionante che consente il movimento del pallet all'interno dell'ambiente virtuale.