The setup of a multihead weigher machine

A Multihead Weigher Machine is a computer-controlled machine used to fill a package, at a given target, with small products (i.e. pasta, cereals, etc.). Since the speed and the accuracy of the packaging line mainly depend on its performances, the machine needs an optimal setup strategy and a proper operation software. The operation software solves a knapsack problem at each machine cycle to select the best hopper subset to open according to the product, the time constraints and the objective function. Instead, the setup problem deals with the definition of the average quantity of product to deliver into each hopper. In this thesis, the focus is on the jointly determination of the optimal machine setup for a specific machine, an open problem in the industry for which only trial and error procedures exist. The definition of the best machine setup for a specific machine is critically important since it directly affects the quantity of product delivered in each package, and consequently the production cost for the producer, and the loss to the consumer due to the deviation of the package weight from specifications. Thus, two objective functions are proposed in order to consider both the production costs and the quality cost. Then, a simulator of the machine behavior is built, that estimates via Monte Carlo methods the resulting objective function value of a machine setup. Eventually, seven algorithms (Brute Force Algorithms, Random Sampling Algorithms, RSM, PSO, SPSA) are proposed to tackle the setup problem, they are compared to select the best one and the results are presented.

La pesatrice multitesta è una macchina a controllo computerizzato che viene utilizzata per riempire un pacchetto, caratterizzato da un target specifico, con piccoli prodotti (ad esempio pasta, cereali, ecc). Poiché la velocità e la precisione della linea di confezionamento dipendono principalmente dalle sue prestazioni, è necessario definire una strategia configurazione ottimale e un opportuno sistema software per il corretto funzionamento. In particolare, il software operativo, a ogni ciclo macchina, seleziona la miglior combinazioni di cestelli da aprire a seconda del prodotto da confezionare, dei vincoli di tempo e della funzione obiettivo da ottimizzare. Invece, il problema della configurazione riguarda la determinazione delle quantità medie che riempiono i cestelli. Questa tesi si focalizza sul problema di configurazione, in particolare sulla definizione di una procedura per definire la configurazione ottima per una pesatrice specifica. Il problema della configurazione è ad oggi ancora un problema aperto dal momento che nel settore esistono fondamentalmente solo procedure basate sul trial and error oppure sull'esperienza degli operatori. La definizione della configurazione ottima per una specifica macchina è di fondamentale importanza poiché influisce direttamente sulla quantità di prodotto contenuta in ogni pacchetto, e di conseguenza influenza il costo di produzione per il produttore, e la perdita per il consumatore a causa della deviazione del peso del pacco dal peso target. Per questo motivo sono state proposte due diverse funzioni obiettivo per considerare sia i costi di produzione che il costo associato alla qualità del pacchetto. Si è poi costruito un simulatore della macchina, che attraverso l’utilizzo del metodo Monte Carlo stima il valore della funzione obiettivo data una specifica configurazione della macchina. Infine, sono stati considerati sette algoritmi (Brute Force Algoritmi, Random Sampling Algoritmi, RSM, PSO, PSSA) per affrontare il problema della configurazione, sono poi stati confrontati per selezionare il migliore algoritmo e i risultati vengono presentati.