Design and reconfiguration of modular transport systems using answer set programming

The modern industrial context, characterized by large fluctuations in demand, short product life cycles and frequent modifications in the production processes and technologies, pushes for the implementation of new production systems, flexible and reconfigurable (FMS/RMS). Focussing in particular on transportation systems, the double requirement of flexibility and reconfigurability makes necessary the implementation of innovative systems, such as Modular Transport System, where a high level of integration between the transportation units, their actuators and the control software is present. In this context, this work defines, implements and tests a comprehensive methodology that can be adopted for designing the most cost-efficient layout of a Modular Transport System, both in terms of transportation units and actuators, in order to guarantee an expected level of performances. These performances are to be evaluated taking into account the dynamic properties of the system and the control policies that generally guide MTS. Formal logic programming, and specifically Answer Set Programming, is used to model the problem, enchaining the level of universality of the approach, that can thus be used to solve different scenarios and problems. The proposed methodology has been tested both in a real and in virtual scenarios. In particular, the real scenario is represented by the Modular Transport System of the De-manufacturing pilot plant sited at STIIMA-CNR, in Milan: it has been redesigned using the approach proposed in this work and used as comparative model for the performances of the system. To validate the results obtained and simulate the behaviour and the performances of the transportation system, a commercial virtual factory environment, named FactoryIO, has been used.

Il moderno contesto industriale, caratterizzato da significative fluttuazioni della domanda, brevi cicli di vita del prodotto e frequenti modifiche del processo produttivo e delle tecnologie utilizzate, richiede l'implementazione di nuovi sistemi produttivi, flessibili e riconfigurabili (FMS/RMS). Ponendo l'attenzione in particolare ai sistemi di trasporto industriale, la duplice necessità di flessibilità e ri-configurabilità rende necessaria l’implementazione di sistemi innovativi, quali i sistemi di trasporto modulari (MTS), caratterizzati da un alto livello di integrazione tra le unità di trasporto, gli attuatori con cui sono equipaggiati e il software di controllo. In questo contesto, il presente lavoro definisce, implementa e testa una metodologia atta a disegnare, sia in termini di layout di sistema che di attuatori, sistemi di trasporto modulari il più efficienti possibile dal punto di vista economico ma che sappiano garantire al contempo un livello di prestazioni desiderato. Tali prestazioni devono essere valutate e stimate tenendo in considerazioni la dinamica che guida i sistemi di trasporto modulari e le logiche di controllo che vi possono venire applicate. La programmazione lineare, ed in particolare Answer Set Programming, viene utilizzata per modellare il problema, incrementando il livello di generalità della metodologia, che infatti può essere utilizzata per risolvere diversi scenari e problemi. La metodologia proposta è stata testata sia in uno scenario reale quanto in altri fittizi. In particolare, lo scenario reale è rappresentato dal sistema di trasporto modulare di cui è dotato l’impianto pilota di De-manufacturing, situato presso l’Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per il Manufatturiero Avanzato, a Milano. Tale sistema è stato ridisegnato utilizzando l’approccio proposto, e utilizzato come modello per valutare la differenza di prestazioni tra il nuovo sistema e quello reale. Per validare i risultati ottenuti e simulare fedelmente il comportamento e le politiche di controllo di un sistema di trasporto modulare un ambiente di simulazione virtuale, chiamato FactoryIO, è stato utilizzato.