On hierarchical routing control in discrete manufacturing plants

The interest in automating demanufacturing processes has constantly grown in the recent years, especially for electronic products. The main feature required by this application is high flexibility due to the uncertain configuration of the products and the variability of the operations. Specifically, the problem of routing pallets across a plant is considered here. The purpose of this thesis is to improve and implement a new approach to address this problem: the Hierarchical Routing Control (HRC). It is based on Model Predictive Control strategy acting at supervisory level, combined with a low-level path following approach. A new solution for the path generation problem and path assignment redundancy problem is proposed and additional constraints are introduced in the plant model via new specific sub-routines. The conditions for lockout detection are identified and their implementation allows an Intelligent Move Blocking}. Then the optimization problem is reformulated and sub-optimal solution methods are defined to reduce the computational time. A data exchange protocol is added to control algorithm in order to communicate with the integrated low-level logic that directly controls the pallet handling system. Finally the developed model is verified to be consistent with a real plant and the HRC strategy reaches high performances with very low computational cost.

L'interesse nell'automatizzare i processi di demanufacturing è cresciuto costantemente negli ultimi anni, specialmente per i prodotti elettronici. La caratteristica principale richiesta in questo tipo di applicazioni è un elevata flessibilità a causa delle condizioni incerte dei prodotti e della variabilità delle operazioni. Nello specifico è stato considerato il problema di instradamento dei pallet attraverso l'impianto. Lo scopo della tesi è di migliorare e di implementare un nuovo approccio di Hierarchical Routing Control (HRC) per affrontare questo problema. Esso si basa sulla strategia di Model Predictive Control, che agisce come supervisore, combinata con una logica di basso livello per l'inseguimento dei percorsi. Viene proposta una nuova soluzione per il problema della generazione dei percorsi e della ridondanza nel loro assegnamento; inoltre sono stati aggiunti ulteriori vincoli al modello dell'impianto per mezzo di due nuove sub-routine. Avendo individuato le condizioni necessarie per identificare la formazione di un lockout, la loro implementazione permette di impiegare la strategia di Intelligent Move Blocking. Successivamente viene riformulato il problema di ottimizzazione e utilizzando metodi sub-ottimi vengono ridotti i tempi di calcolo. L'aggiunta di un protocollo di scambio dati consente all'algoritmo di controllo di comunicare con la logica integrata di basso livello che controlla il sistema di movimentazione dei pallet. Infine, avendo verificato la completa coerenza tra modello e sistema reale, si dimostra che la strategia HRC raggiunge ottime prestazioni con tempi di calcolo molto bassi.