Digital twin of a production process : scenario simulation and decision-making support. The Haier Europe case

The thesis work is part of a review process concerning the operating conditions of the production process in the Italian factory of the Haier Europe group. The aim is to improve the current state of the system itself and to develop a tool that can become part of those that the production team can use to carry out analyzes and make decisions. To do this, it was decided to create a Digital Twin model using Simulink from the Matlab environment, which is a powerful tool for the virtual representation of industrial processes. The development of the digital twin took place in three main phases. The data collection phase was first, which took place through constant contacts with production managers and on-site visits to the factory. During this phase it was very important to obtain accurate data in order to reduce as much as possible any deviations from the real functioning of the process, also through a data cleaning activity. The second phase is the development of the digital model, which must be a correct representation of its real counterpart. To do this, it is not necessary to recreate every single particularity of the physical system, because it would be a waste of time and energy that have a low added value if not necessary for the study that is being carried out. What is important is to report the elements, parameters and functions that are consistent with the real counterpart and are useful and necessary to achieve the goal. Once the digital model has been created, the third phase is that of simulating scenarios and analyzing the output data. From the results obtained, decisions are then made which then impact the physical system and support the decision-making process. The intention is to propose a model that does not only have the purpose of performing a one-shot activity for the specific case, but which can also serve as an example and benchmark to be then replicated for the other production processes of the same factory and other factories of the company.

Questo lavoro di tesi si inserisce in un percorso di revisione delle condizioni operative del processo produttivo appartenente alla fabbrica italiana del gruppo Haier Europe. L'obiettivo è quello di migliorare lo stato attuale del sistema stesso e di sviluppare uno strumento che possa entrare a far parte di quelli che il team di produzione utilizza per effettuare analisi e prendere decisioni. Per fare questo, è stato realizzato un modello di Digital Twin utilizzando il programma Simulink dall'ambiente Matlab, un potente strumento per la rappresentazione virtuale dei processi industriali. Lo sviluppo del gemello digitale si è svolto in tre fasi principali. La fase di raccolta dati è stata la prima, effettuata attraverso continui contatti con i responsabili di produzione e sopralluoghi in fabbrica. Durante questa fase è stato molto importante ottenere dati accurati al fine di ridurre il più possibile eventuali scostamenti dal reale funzionamento del processo, anche attraverso un'attività di pulizia dei dati. La seconda fase è lo sviluppo del modello digitale, il quale deve rappresentare adeguatamente la sua controparte reale. Per fare ciò non è necessario ricreare ogni singola particolarità del sistema fisico, in quanto sarebbe uno spreco di tempo ed energie che hanno un basso valore aggiunto se non necessarie allo studio che si sta portando avanti. Ciò che è importante è riportare gli elementi, i parametri e le funzioni che sono coerenti con il modello fisico e che sono utili e necessari per raggiungere l'obiettivo stabilito. Una volta creato il modello digitale, la terza fase è quella della simulazione degli scenari e dell'analisi dei dati di output. Dai risultati ottenuti, vengono quindi prese decisioni che poi hanno un impatto sul sistema fisico e supportano il processo decisionale. L'intenzione è quella di proporre un modello che non abbia solo lo scopo di svolgere un'attività one-shot per il caso specifico, ma che possa anche servire da esempio e benchmark per essere poi replicato per gli altri processi produttivi dello stesso stabilimento e altri stabilimenti del Gruppo.