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Politecnico di Milano Tesi di Diploma di: Diego Favareto Michele Doto Tutor universitari: prof. S. Cavalieri dott. S. Terzi Tutor aziendale: ing. D. Belloli Anno Accademico 2001-2002 POLITECNICO DI MILANO Facolt di Ingegneria Corso di Diploma in Ingegneria Logistica e della Produzione ANALISI DELLAPPLICABILIT DI UN SIMULATORE OBJECT-ORIENTED PER LA COSTRUZIONE IN AUTOMATICO DI UN MODELLO DI SIMULAZIONE

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Politecnico di Milano Il progetto Europeo Remote Factory Remote Factory Per Remote Factory si intende la possibilit di effettuare un processo di schedulazione e controllo a distanza (remoto) di un sistema produttivo o di una sua emulazione, mediante lutilizzo di tecnologie web Controllo : sistemi di controllo e di programmazione operativa per contesti manifatturieri Progetto finanziato dalla Comunit Europea nellambito dellIMS Network of Excellence Utilizzo della web-based simulation per il benchmarking di sistemi di schedulazione e controllo di impianti produttivi manifatturieri Alla base del concetto di Remote Factory c la possibilit di separare il livello fisico di un sistema produttivo dal livello di controllo ed effettuare tale controllo utilizzando Internet Esigenze Mancanza di collaborazione tra aziende, produttori tecnologici e ricercatori Mancanza di una collezione di casi manifatturieri che si riferiscano ad un qualsiasi impianto produttivo e che siano caratterizzati da una certa complessit realistica Mancanza di criteri standard di valutazione dei sistemi di schedulazione e controllo sito web Remote Factory sito web Remote Factory problemi, confronti researchersresearchers technology vendors industrial users

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Politecnico di Milano Visione generale del progetto diagramma ad oggetti interfaccia grafica oggettiistanziatioggettiistanziati modellologicomodellologico A ) Strumento di supporto alla progettazione ed istanziamento di nuovi casi di benchmarking industrial strenght modello di controllo modellofisicomodellofisico B ) Valutazione delle performance di una logica di controllo su testbed gi instanziati disponibili in rete Physical Model Builder A+B ) Integrazione dei due moduli: tradurre un nuovo modello logico di sistema produttivo in un modello di simulazione mediante physical model builder

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Politecnico di Milano Evoluzione del progetto passi logici passi progettuali collegamento client-server collegamento client-server visualizzazione delle performance e analisi di benchmarking phyisical model builder progettazione delle interfacce di comunicazione progettazione delle interfacce di comunicazione creazione di pagine web per la visualizzazione modello di simulazione del sistema fisico stesura del framework modello logico del framework rappresentazione object-oriented interfaccia grafica testbed case studies aziendali stesura del framework modello logico del framework rappresentazione object-oriented interfaccia grafica testbedtestbed case studies aziendali modello di simulazione del sistema fisico phyisical model builder collegamentoclient-servercollegamentoclient-server progettazione delle interfacce di comunicazione progettazione delle interfacce di comunicazione visualizzazione delle performance e analisi di benchmarking creazione di pagine web per la visualizzazione sistema di controllo

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Politecnico di Milano Test bench assistant : definizione dei testbed Con interfacce grafiche in cascata sar possibile customizzare un nuovo testbed istanziando gli oggetti definiti nel modello logico del framework

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Politecnico di Milano collegamento client-server collegamento client-server visualizzazione delle performance e analisi di benchmarking phyisical model builder progettazione delle interfacce di comunicazione progettazione delle interfacce di comunicazione creazione di pagine web per la visualizzazione modello di simulazione del sistema fisico stesura del framework modello logico del framework rappresentazione object-oriented interfaccia grafica testbed case studies aziendali modello di simulazione del sistema fisico SILK passi logici passi progettuali stesura del framework modello logico del framework rappresentazione object-oriented interfaccia grafica testbedtestbed case studies aziendali Evoluzione del progetto sistema di controllo

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Politecnico di Milano diagramma ad oggetti interfaccia grafica oggettiistanziatioggettiistanziati modellologicomodellologico A ) Strumento di supporto alla progettazione ed istanziamento di nuovi casi di benchmarking industrial strenght modello di controllo modellofisicomodellofisico B ) Valutazione delle performance di una logica di controllo su testbed gi instanziati disponibili in rete Physical Model Builder A+B ) Integrazione dei due moduli: tradurre un nuovo modello logico di sistema produttivo in un modello di simulazione mediante physical model builder SILK Evoluzione del progetto

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Politecnico di Milano Simulazione e Silk Le caratteristiche salienti di Silk 4a4a4a4ampiezza del vocabolario c he formato da costrutti Silk e istruzioni Java 4a4a4a4architettura object-oriented del modello di simulazione e del simulatore 4u4u4u4utilizzo dei Java threads (multitasking) per modellare la presenza simultanea di entit nel sistema e per gestire la simulazione 4e4e4e4esecuzione come applet Java: S ilk indipendente dalla piattaforma ed utilizzabile con tecnologie web-based 4S4S ilk lideale in un a aa ambiente di simulazione distribuito 4v4v4v4versione di Java : resta uno standard nel mercato IT Silk un software sviluppato dalla Threadtec Inc. linguaggi general purpose linguaggi di simulazione SILK pacchetti di simulazione Silk Silk un linguaggio di simulazione object-oriented basato su Java

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Politecnico di Milano linguaggio di simulazione Silk Architettura object-oriented di Silk vocabolario MODELLO DI SIMULAZIONE componenti e attivit attributi variabili di stato eventi variazioni stocastiche MODELLO DI SIMULAZIONE componenti e attivit attributi variabili di stato eventi variazioni stocastiche SIMULATORE motore del simulatore parametri di simulazione elaborazioni statistiche MODELLO DI SIMULAZIONE SILK classi di oggetti dati membro classi di oggetti metodi classi di oggetti MODELLO DI SIMULAZIONE SILK classi di oggetti dati membro classi di oggetti metodi classi di oggetti SIMULATORE SILK classe di oggetti variabili classi di oggetti

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Politecnico di Milano Casi di studio complessit simulabilit casi didattici casi aziendali reali linea manuale La Pavoni job-shop job-shop Frattini produzione di processo

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Politecnico di Milano modello logico Il caso Frattini reparto torniturareparto fresatura 2 torni2 frese modello di simulazione Silk

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Politecnico di Milano Lo sviluppo in Silk Mappatura delle classi Silk con gli oggetti definiti nel modello logico del framework Process Plan Process plan code / total process time / total process cost Operation Operation type Operation code Sequential position (from OPERATION) Part Part code Dimension Weight Material Specification part conformity state report status() (from Production Planning) 1..* has in imput 1..* has in output 1..* 1 1 Physical Component Physical dimension Physical component type (from Physical Resource) Resource Name Id Icon Resource cost Specification Position state change state() end operation() maintenance() report status() report finish time() (from Physical Resource) Choice Choice code 1..* Processor Type Capacity : int actual capacity setup() processing() (from Physical Resource) Processing 1..* involves 1..* executes MODELLO DI SIMULAZIONE SILK classe Entity classe Resource classe Queue classe StateVar classe Distribution classe Observationaal classe TimeDependent MODELLO DI SIMULAZIONE SILK classe Entity classe Resource classe Queue classe StateVar classe Distribution classe Observationaal classe TimeDependent

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Politecnico di Milano Il caso La Pavoni caldaia portafiltro base leva gruppo valvola di sicurezza colonnina livello acqua manometro tappo caldaia gruppo erogatore di caff resistenza e parte elettrica volantino vapore operatore 1operatore 3operatore 4 operatore 5operatore 6 operatore 2 Produzione di una famiglia di macchine da caff: linea di assemblaggio manuale formata da 4 stazioni in ciascuna delle quali lavora un operatore. Inoltre, ci sono altri due operatori al pre-assemblaggio di varie parti di prodotto pi piccole che saranno assemblate definitivamente in linea modello di simulazione Silk

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Politecnico di Milano Run number 1 over at time 884.0000000 Elapsed time 0:0:0.61 Observational Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Count Flow time 28.9366343 7.8709431 24.9267639 79.6594471 30.8204492 220 Throughput 0.2095929 0.0485673 0.0126368 0.2496724 0.2496724 220 Time Dependent Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Time Period Operatore 1 0.9106934 0.2851858 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 2 0.9266709 0.2606759 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 3 0.9043984 0.2940441 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 4 0.9119934 0.2833045 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 5 0.9675530 0.1771841 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 WIP 7.3862421 1.0259237 3.0000000 9.0000000 9.0000000 880.0000000 Run number 2 over at time 884.0000000 Elapsed time 0:0:0.61 Observational Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Count Flow time 28.9366343 7.8709431 24.9267639 79.6594471 30.8204492 220 Throughput 0.2095929 0.0485673 0.0126368 0.2496724 0.2496724 220 Time Dependent Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Time Period Operatore 1 0.9106934 0.2851858 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 2 0.9266709 0.2606759 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 3 0.9043984 0.2940441 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 4 0.9119934 0.2833045 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 5 0.9675530 0.1771841 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 WIP 7.3862421 1.0259237 3.0000000 9.0000000 9.0000000 880.0000000 Mappatura delle classi Silk con gli oggetti definiti nel modello logico del framework Executing Pavoni... Executing start( )... Executing Silk... Executing Executive... Prodotti finiti al run numero 1: 220 Prodotti finiti al run numero 2: 222 Prodotti finiti al run numero 3: 220 Prodotti finiti al run numero 4: 220 Prodotti finiti al run numero 5: 221 Finished executing Executive. Finished executing Silk. Run number 3 over at time 884.0000000 Elapsed time 0:0:0.61 Observational Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Count Flow time 28.9366343 7.8709431 24.9267639 79.6594471 30.8204492 220 Throughput 0.2095929 0.0485673 0.0126368 0.2496724 0.2496724 220 Time Dependent Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Time Period Operatore 1 0.9106934 0.2851858 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 2 0.9266709 0.2606759 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 3 0.9043984 0.2940441 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 4 0.9119934 0.2833045 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 5 0.9675530 0.1771841 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 WIP 7.3862421 1.0259237 3.0000000 9.0000000 9.0000000 880.0000000 Run number 4 over at time 884.0000000 Elapsed time 0:0:0.61 Observational Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Count Flow time 28.9366343 7.8709431 24.9267639 79.6594471 30.8204492 220 Throughput 0.2095929 0.0485673 0.0126368 0.2496724 0.2496724 220 Time Dependent Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Time Period Operatore 1 0.9106934 0.2851858 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 2 0.9266709 0.2606759 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 3 0.9043984 0.2940441 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 4 0.9119934 0.2833045 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 5 0.9675530 0.1771841 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 WIP 7.3862421 1.0259237 3.0000000 9.0000000 9.0000000 880.0000000 Run number 5 over at time 884.0000000 Elapsed time 0:0:0.61 Observational Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Count Flow time 28.9366343 7.8709431 24.9267639 79.6594471 30.8204492 220 Throughput 0.2095929 0.0485673 0.0126368 0.2496724 0.2496724 220 Time Dependent Variables: Standard Identifier Average Deviation Minimum Maximum Final Time Period Operatore 1 0.9106934 0.2851858 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 2 0.9266709 0.2606759 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 3 0.9043984 0.2940441 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 4 0.9119934 0.2833045 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 Operatore 5 0.9675530 0.1771841 0.0000000 1.0000000 1.0000000 880.0000000 WIP 7.3862421 1.0259237 3.0000000 9.0000000 9.0000000 880.0000000 prodotti finiti livello di saturazione degli operatori della linea Il caso La Pavoni class Operator extends Resource Office TurnTime TypeOfWorker curPosition goInSystem( ) goOutSystem( ) move( ) Work( ) updatePosition( ) reportCurPosition( ) class Operator extends Resource Office TurnTime TypeOfWorker curPosition goInSystem( ) goOutSystem( ) move( ) Work( ) updatePosition( ) reportCurPosition( ) modello logico modello Silk Mappatura delle classi Analisi dei risultati

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Politecnico di MilanoConclusioni Vantaggi di Silk Vantaggi di Silk Applicabilit e stabilit del simulatore Java based: espandibile; web based; network based Corrispondenza framework object oriented Svantaggi di Silk Svantaggi di Silk ancora in fase di sviluppo Lentezza nella programmazione (essendo codice) modello fisicoSimple++ SILK Test bench assistant modello logico

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Politecnico di Milano Sviluppi futuri Consolidamento del framework di riferimento Mappatura delle classi di oggetti del framework con altri simulatori Sperimentazione del Physical Model Builder Standardizzazione delle modalit di comunicazione tra il livello fisico e quello di controllo