Process mining for manufacturing systems discovery

The rush towards digitalization of manufacturing plants has seen an exponential growth in recent years. This interest has as its main reasons the great potentialities hidden in the data that can, and therefore must, be exploited. In the literature there are several models and methodologies that cover most of all the procedures necessary for the aforementioned conversion, but they are very different, separate, designed and conceived for sectors other than manufacturing. Our goal is therefore to take what is necessary from the existing and then connect and filter it for a specific use in the manufacturing sector. Initially, a literature review identifies the different methodologies for data mining and for the formal representation of the logics embedded in the systems under analysis. The advantages of the different approaches are then highlighted and enhanced by their union within a single method: the Beta method. The possibility of adapting the method according to the needs of the user who may be interested in analysing only a part of his system or only certain parts flows is inserted. The formalism used, Petri net, is then enriched by the modelling of finite capacity entities and by the distribution of operation times. The limits that could arise in the simulation of the obtained network are brought to light but at the same time overcome by additional functions that locally and globally analyse the system. The influence of the different factors is studied through analysis of the variance and the potentialities of the algorithm are tested via numerical evaluation of practical cases. Application on real cases is made possible by the analysis of an existent automated production line and by the study of a LEGO system.

La corsa verso la digitalizzazione degli impianti manifatturieri ha visto, negli ultimi anni, una crescita esponenziale. Questo interesse ha come cause scatenanti le grandi potenzialità nascoste nei dati che possono, e quindi devono, essere sfruttati. In letteratura sono presenti svariati modelli e metodologie che coprono buona parte di tutto il processo necessario alla suddetta conversione ma sono appunto svariati, separati, pensati e ideati per settori diversi dal manifatturiero. Il nostro obiettivo è quindi quello di prendere il necessario da quello già esistente per poi collegarlo e filtrarlo per un utilizzo specifico nel settore manifatturiero. Inizialmente, un'analisi bibliografica identifica le diverse metodologie per il mining di dati e per la rappresentazione formale delle logiche intrinseche nei sistemi in analisi. I vantaggi dei diversi approcci sono poi evidenziati e valorizzati dalla loro unione all'interno di un singolo metodo: il Beta method. Viene inserita la possibilità di adattare il metodo secondo le esigenze dell'utente che potrebbe essere interessato nell'analisi solo di una parte del suo impianto o solo in determinati flussi di parti. Il formalismo usato, i Petri net, viene poi arricchito dalla modellizzazione delle entità a capacità finita e dalla distribuzione dei tempi di operazione. I limiti che si potrebbero presentare nella simulazione del network ottenuto vengono portati alla luce ma allo stesso tempo superati da funzioni aggiuntive che analizzano localmente e globalmente il sistema. L'influenza dei diversi fattori è studiata con analisi della varianza e le potenzialità dell'algoritmo sono testate attraverso un'analisi sperimentale di casi pratici. L'applicazione reale è resa possibile dall'analisi di una esistente linea produttiva automatizzata e dallo studio di un sistema LEGO.