A smart architecture to connect production and logistics in Industry 4.0. Architecture proposal and an application case

Within the constantly growing Industry 4.0 environment, the spread of smart tools to aid and manage manufacturing process and the birth of new technologies introduce a series of challenges and opportunities for research and enterprise environments. With the diffusion of new IoT technologies, Logistics and Productive assets are more and more becoming "Cyber-physical System". This transformation is leading to an architectural revolution in which these new technologies enable the creation of systems composed by smart and independent components, overcoming the rigid hierarchy previously formalized, opening to so called "Horizontal integration". In the specific Intra-Logistics field, the greatest limitation to achieving complete integration with production system can be found in the lack of the architectures needed to connect the two systems. The effort of this work of thesis is to propose an architecture capable of enabling communication and cooperation between Logistics and Production systems, middleware based and specific for CPSs. The main characteristics considered during the development are flexibility and capability to adapt and to be integrated in different productive contexts and on different CPSs. Architecture has been integrated, for validation and testing purposes, in Industry 4.0 Laboratory at Politecnico di Milano to verify its feasibility and performances. Both the integration work and the tests conclusions are here reported.

Con la costante crescita dell'Industria 4.0, la diffusione dei cosiddetti smart tools progettati per supportare e gestire i processi produttivi e la nascita di nuove tecnologie pongono una nuova serie di sfide e opportunità per le imprese e per la ricerca. Con il diffondersi delle nuove tecnologie IoT, gli asset logistici e produttivi stanno sempre più diventando "Cyber-physical Systems". Questa trasformazione sta portando a una rivoluzione architetturale in cui queste tecnologie abilitano la creazione di un sistema composto da componenti intelligenti e indipendenti superando la rigida gerarchia formalizzata in precedenza e aprendo la strada alla cosiddetta "integrazione orizzontale". Nell'ambito specifico della logistica interna, una delle maggiori limitazioni al raggiungimento di una completa integrazione con i sistemi produttivi, è da ricercare nella difficoltà di definire le architetture necessarie per la connessione tra i due sistemi. Il lavoro di questa tesi è stato, quindi, quello di proporre una architettura che permetta comunicazione e cooperazione tra i due sistemi, basata su un middleware e sviluppata appositamente per "Cyber-physical Systems". Le principali caratteristiche che si è cercato di garantire sono state la flessibilità e la capacità di implementazione in differenti contesti produttivi e su sistemi differenti. L'architettura è stata integrata, con scopo di validazione e test, nel Laboratorio Industria 4.0 presso il Politecnico di Milano per verificarne il funzionamento e le prestazioni. Sia il lavoro di integrazione sia i risultati sono qui riportati