Virtual commissioning for automatic systems in the intralogistics field

This thesis aims to show the potentiality behind the virtual commissioning approach for automated systems in the intralogistics field. Virtual commissioning allows to commission software prior to real commissioning in order to save time and money. The macro steps involved in the commissioning of a real system, according to the methodology developed in this thesis work, are simulation, virtual commissioning, and real commissioning. Starting from the simulation point of view, we first developed strategies for creating virtual models typically used in intralogistics, more specifically for handling robots and autonomous mobile robots (AMRs), in order to be able to recreate virtual plants inside a discrete event simulation software. These models allowed us to recreate a virtual plant of a project where with different machines were interfacing with each other. Focusing then on the virtual commissioning phase, we developed a tool that allows switching from simulation to emulation in order to communicate with real warehouse management systems (WMS). The emulation allows the virtual plant and the WMS to continuously exchange information. For the purpose of the thesis the emulation was tested on a virtual plant of a real project for a food company: in this project, the emulation allowed a fleet of AMRs and PLC inside the virtual environment to exchange information with a WMS. The virtual commissioning of this project allowed the designing and testing of the WMS prior to real commissioning including some rules allowing the optimization of the AMRs traffic inside the plant. The results of this thesis work demonstrate the potential of virtual commissioning in developing and optimizing complex automated intralogistics systems.

Lo scopo della presente tesi è di mostrare le potenzialità del virtual commissioning applicato ai sistemi automatizzati nel campo dell’intralogistica. Secondo il fine della presente tesi, il virtual commissioning consente di testare qualsiasi software di fabbrica prima del commissioning reale dell’impianto. Le macro-fasi necessarie al commissioning di un sistema automatico sono la simulazione, il virtual commissioning e il commissioning reale. Partendo dalla simulazione dell’impianto stesso, la tesi presenta alcune strategie sviluppate al fine di creare modelli di macchine automatiche tipiche dell’intralogistica. In particolare, la tesi si concentra su robot per la movimentazione di colli e scatole, e autonomous mobile robots (AMRs) per la movimentazione di pallet. Questi modelli consentono di ricreare impianti virtuali all’interno di un software di simulazione ad eventi discreti. Per evidenziare l’integrabilità dei modelli sviluppati, la tesi presenta un caso studio in cui questi vengono impiegati all’interno di un unico impianto. Per quanto riguarda il virtual commissioning, la tesi presenta lo sviluppo di uno strumento che consenta di passare con facilità dalla simulazione all’emulazione di un impianto automatico. L’obiettivo è quello di poter comunicare direttamente con il software deputato alla gestione del magazzino (Warehouse Management System, WMS). L’emulazione infatti permette all’impianto virtuale e al WMS di scambiarsi continuamente informazioni, senza che quest’ultimo si accorga che non è in comunicazione con un impianto reale. La validazione dello strumento sviluppato per il virtual commissioning è avvenuta sulla base di un progetto sviluppato per un’azienda operante nel settore alimentare. In questo progetto, l’emulazione consente ad una flotta di AMRs e altri strumenti industriali (e.g., unità PLC) di scambiare informazioni con il WMS reale. Il virtual commissioning di questo progetto ha consentito di configurare e collaudare il WMS anzitempo, al fine di ridurre costi di installazione e perdite di tempo una volta consegnato l’impianto. La tesi si concentra inoltre sullo sviluppo delle regole di ottimizzazione del traffico degli AMRs all’interno dell’impianto che è stato possibile inserire all’interno del WMS. I risultati di questa tesi dimostrano il potenziale e l’importanza del virtual commissioning nello sviluppo e nell’ottimizzazione di complessi sistemi di intralogistica automatizzati.