Coalition based approach for shop floor agility – a multiagent approach

Dissertation submitted for a PhD degree in Electrical Engineering, speciality of Robotics and Integrated Manufacturing from the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Estudo do processo de fabricação de perfis híbridos pultrudidos

A realização deste trabalho teve como principal objectivo proceder ao projecto e realização de dois sistemas de produção de perfis pultrudidos híbridos a acoplar aos equipamentos de pultrusão já instalados na ALTO – PERFIS PULTRUDIDOS, Lda. A realização de perfis pultrudidos híbridos visa melhorar as características de isolamento térmico e acústico dos tubos habitualmente feitos por pultrusão, incrementando simultaneamente a sua resistência, através da melhoria do momento de inércia do perfil, sem que haja um aumento significativo do peso do conjunto. O projecto teve como base de trabalho dois sistemas de produção completamente distintos: (a) a existência de barras de cortiça e de poliuretano (pré-formas) sobre as quais se vai efectuar a pultrusão de um tubo que abraça as barras e (b) o uso de resíduos de pultrusão como forma de enchimento dos tubos, durante o seu processo produtivo. Estes equipamentos foram projectados e parcialmente fabricados, antevendo-se que os mesmos entrem em funcionamento muito brevemente.

Negotiation mechanism for self-organized scheduling system with collective intelligence

Current Manufacturing Systems challenges due to international economic crisis, market globalization and e-business trends, incites the development of intelligent systems to support decision making, which allows managers to concentrate on high-level tasks management while improving decision response and effectiveness towards manufacturing agility. This paper presents a novel negotiation mechanism for dynamic scheduling based on social and collective intelligence. Under the proposed negotiation mechanism, agents must interact and collaborate in order to improve the global schedule. Swarm Intelligence (SI) is considered a general aggregation term for several computational techniques, which use ideas and inspiration from the social behaviors of insects and other biological systems. This work is primarily concerned with negotiation, where multiple self-interested agents can reach agreement over the exchange of operations on competitive resources. Experimental analysis was performed in order to validate the influence of negotiation mechanism in the system performance and the SI technique. Empirical results and statistical evidence illustrate that the negotiation mechanism influence significantly the overall system performance and the effectiveness of Artificial Bee Colony for makespan minimization and on the machine occupation maximization.

Híper-heurísticas com aprendizagem

A otimização nos sistemas de suporte à decisão atuais assume um carácter fortemente interdisciplinar relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos, sendo que a computação de soluções ótimas em muitos destes problemas é intratável. Os métodos de pesquisa heurística são conhecidos por permitir obter bons resultados num intervalo temporal aceitável. Muitas vezes, necessitam que a parametrização seja ajustada de forma a permitir obter bons resultados. Neste sentido, as estratégias de aprendizagem podem incrementar o desempenho de um sistema, dotando-o com a capacidade de aprendizagem, por exemplo, qual a técnica de otimização mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização mais adequada de um dado algoritmo num determinado cenário. Alguns dos métodos de otimização mais usados para a resolução de problemas do mundo real resultaram da adaptação de ideias de várias áreas de investigação, principalmente com inspiração na natureza - Meta-heurísticas. O processo de seleção de uma Meta-heurística para a resolução de um dado problema é em si um problema de otimização. As Híper-heurísticas surgem neste contexto como metodologias eficientes para selecionar ou gerar heurísticas (ou Meta-heurísticas) na resolução de problemas de otimização NP-difícil. Nesta dissertação pretende-se dar uma contribuição para o problema de seleção de Metaheurísticas respetiva parametrização. Neste sentido é descrita a especificação de uma Híperheurística para a seleção de técnicas baseadas na natureza, na resolução do problema de escalonamento de tarefas em sistemas de fabrico, com base em experiência anterior. O módulo de Híper-heurística desenvolvido utiliza um algoritmo de aprendizagem por reforço (QLearning), que permite dotar o sistema da capacidade de seleção automática da Metaheurística a usar no processo de otimização, assim como a respetiva parametrização. Finalmente, procede-se à realização de testes computacionais para avaliar a influência da Híper- Heurística no desempenho do sistema de escalonamento AutoDynAgents. Como conclusão genérica, é possível afirmar que, dos resultados obtidos é possível concluir existir vantagem significativa no desempenho do sistema quando introduzida a Híper-heurística baseada em QLearning.

An ontology-based representation of an agent-based controlled robotic cell

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciência e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.

Estudo de Avarias em Compressores de Ar

As instalações de ar comprimido são uma constante em quase todo o tipo de indústria, já que o ar comprimido assume cada vez mais importância como fonte de energia para a movimentação de dispositivos com cargas moderadas ou médias. O uso cada vez mais frequente da pneumática por via da automação de sistemas e processos de fabrico, é outro fator que tem incrementado fortemente o uso de instalações de ar comprimido. A utilização de ar comprimido tem subjacente um ou mais compressores, responsáveis por captar o ar e criar as condições necessárias de pressão na rede que vai abastecer uma qualquer instalação industrial, ou mesmo comercial, como no caso dos serviços de reparação automóvel, entre outras. Desta forma, cria-se uma forte dependência em torno desta fonte de energia, sendo a avaria do compressor um fator extremamente limitativo do processo produtivo ou dos serviços a prestar. As empresas fabricantes de compressores, cientes deste facto, têm primado pela fiabilidade. No entanto, os utilizadores nem sempre criam as condições ideais para o funcionamento desses compressores, conduzindo a problemas de funcionamento. Neste trabalho pretendeu-se elaborar um estudo que permitisse identificar quais as causas que estão por detrás das avarias mais frequentes de alguns dos modelos mais vendidos pela Ingersoll-Rand no nosso país, através da Comingersoll, analisando as mesmas e tentando encontrar soluções que evitassem essas avarias. O estudo permitiu dissecar as avarias registadas em cinco diferentes modelos nos últimos anos, identificar possíveis causas, perceber a frequência com que ocorrem e sugerir melhorias que pudessem minimizar a ocorrência dessas mesmas avarias.

Optimização da orçamentação para operações complexas de maquinagem

As operações de maquinagem de componentes tendo em vista os mais diversos sectores de actividade têm registado um crescimento sustentável em Portugal, devido a inúmeros factores como a modernização do nosso parque de equipamentos, a competitividade da nossa mão-de-obra e a qualidade patenteada pelos serviços prestados pelas nossas empresas, cada vez mais conscientes da importância que os clientes internacionais assumem na sua actividade, da necessidade de cumprimento dos compromissos estabelecidos em termos de prazo de entrega e da procura incessante de novos mercados e sectores de actividade que potenciem um valor-acrescentado mais atractivo do produto. As solicitações do mercado no sector de actividade de prestação de serviços de maquinagem são imensas, e sempre extremamente condicionadas em termos de tempo de resposta. Por outro lado, os prestadores deste tipo de serviço ficam limitados por duas situações-limite: uma orçamentação por defeito poderá conduzir a prejuízos indesejáveis, ou mesmo incomportáveis, enquanto um preço excessivamente elevado poderá afastar o possível cliente e impedir a conquista de um novo projecto. Orçamentar depressa e bem é uma operação complexa, que requer uma análise muito cuidada dos desenhos fornecidos pelo possível cliente, delinear a sequência operatória, salvaguardar as tolerâncias e tipos de acabamento pretendidos, minimizar as operações de fixação e seleccionar as melhores ferramentas para efectuar o trabalho pretendido. Este trabalho, desenvolvido para a TECNOLANEMA, empresa do Grupo LANEMA, que é especialista na produção de peças em plástico técnico e em ligas de alumínio para os mais diversos sectores de actividade, tanto em Portugal como no Estrangeiro. O trabalho desenvolvido visou criar uma aplicação informática que permitisse elaborar orçamentos de forma rápida e precisa, através de determinados factores-chave previamente estudados. O projecto foi concluído e testado com sucesso na empresa.

A multiagent based shop floor transportation system simulator

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Risk of employing an evolvable production system

Nowadays manufacturing companies are facing a more challenging environment due to the unpredictability of the markets in order to survive. Enterprises need to keep innovating and deliver products with new internal or external characteristics. There are strategies and solutions, to different organisational level from strategic to operational, when technology is growing faster in operational level, more specifically in manufacturing system. This means that companies have to deal with the changes of the emergent manufacturing systems while it can be expensive and not easy to be implement. An agile manufacturing system can help to cope with the markets changeability. Evolvable Production Systems (EPS) is an emergent paradigm which aims to bring new solutions to deal with changeability. The proposed paradigm is characterised by modularity and intends to introduce high flexibility and dynamism at shop floor level through the use of the evolution of new computational devices and technology. This new approach brings to enterprises the ability to plug and unplug new devices and allowing fast reformulation of the production line without reprogramming. There is no doubt about the advantages and benefits of this emerging technology but the feasibility and applicability is still under questioned. Most researches in this area are focused on technical side, explaining the advantages of those systems while there are no sufficient works discussing the implementation risks from different perspective, including business owner. The main objective of this work is to propose a methodology and model to identify, classify and measure potential risk associated with an implementation of this emergent paradigm. To quantify the proposed comprehensive risk model, an Intelligent Decision system is developed employing Fuzzy Inference System to deal with the knowledge of experts, as there are no historical data and sufficient research on this area. The result can be the vulnerability assessment of implementing EPS technology in manufacturing companies when the focus is more on SMEs. The present dissertation used the experts’ knowledge and experiences, who were involved in FP7 project IDEAS, which is one of the leading projects in this area.

Design, development and testing of a CAD integrated design for environment software tool.

The research described in this thesis was developed as part o f the Information Management for Green Design (IMA GREE) Project. The 1MAGREE Project was founded by Enterprise Ireland under a Strategic Research Grant Scheme as a partnership project between Galway Mayo Institute o f Technology and C1MRU University College Galway. The project aimed to develop a CAD integrated software tool to support environmental information management for design, particularly for the electronics-manufacturing sector in Ireland.

Implementació i validació en una PIME d’un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

Aquest projecte consisteix en implementar l’aplicació PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de procés i producció en Operacions de Mecanitzat) en una PIME. Aquest programa l’ha desenvolupat el grup de recerca de la UdG GREP i té com a principal objectiu ajudar a gestionar la planificació de processos de mecanitzat. La filosofia del programa és la de donar una solució personalitzada a cada PIME facilitant el desenvolupament d’aquesta. En aquest sentit, és on aquest treball pren una gran importància ja que s’ha treballat conjuntament amb una empresa del sector, Mecanitzats Privat, S.L., per tal d’ajustar el programa a la realitat, i determinar quins són els camps i paràmetres susceptibles de ser adaptats a cada empresa. Amb aquesta finalitat s’han determinat quins mòduls poden modificar-se sense afectar al funcionament intern del software, per tal de fer l’ús del programa més pràctic i àgil per a cada taller en concret. En aquest punt s’ha personalitzat el programa per a Mecanitzats Privat, S.L. i s’han marcat unes línies futures de treball per seguir fent el programa més adaptable, fent-ne de la personalització filosofia i valor del programa. A més a més, en aquesta relació entre el departament i l’empresa, a nivell de comercial i client s’han elaborat unes fitxes d’instal•lació. Aquestes pretenen ser una eina que ajudi a la presentació del PAPOM a les empreses a fi d’agilitzar el procés d’obtenció d’informació d’un petit sector de l’empresa per tal de realitzar una demostració ajustada a cada taller

Implementació i validació d'un sistema assistit aplicat a la planificació del procés de peces de mecanitzat

El projecte s’emmarca en el sector de la planificació de la producció especialitzada en processos de mecanització per assistir a la presa de decisions a les PIMES del sector. S’integra en el desenvolupament del programa PAPOM (Programa Assistit a la Planificació de Procés i producció en Operacions de Mecanitzat) desenvolupat pel grup de recerca GREP (Grup de Recerca en Enginyeria de Procés, Producte i Producció), centrant-se en l’estudi del càlcul dels temps de tall

Disseny i implementació d'un sistema per a la simulació de processos d'arranc [sic] de ferritja

L’objecte del projecte és crear una interfície capaç d’obtenir paràmetres dels processos d’escairat i ranurat, tals com l’avanç, la profunditat de passada i el número de passades en funció de la rugositat superficial i tenint en compte tant els diferents factors i restriccions entrats per l’usuari com els que van ser estudiats, al seu moment, pels autors G. Halvei i R.D. Weill. L’aplicació informàtica formarà part d’un programa de dimensions majors que oferirà el càlcul de totes les operacions d’arrencada de ferritja

Locating emergency services with priority rules: The priority queuing covering location problem

One of the assumptions of the Capacitated Facility Location Problem (CFLP) is thatdemand is known and fixed. Most often, this is not the case when managers take somestrategic decisions such as locating facilities and assigning demand points to thosefacilities. In this paper we consider demand as stochastic and we model each of thefacilities as an independent queue. Stochastic models of manufacturing systems anddeterministic location models are put together in order to obtain a formula for thebacklogging probability at a potential facility location.Several solution techniques have been proposed to solve the CFLP. One of the mostrecently proposed heuristics, a Reactive Greedy Adaptive Search Procedure, isimplemented in order to solve the model formulated. We present some computationalexperiments in order to evaluate the heuristics performance and to illustrate the use ofthis new formulation for the CFLP. The paper finishes with a simple simulationexercise.