Ricerche applicate sul controllo e la gestione del

workflow produttivo

Cesare Fantuzzi

Universita’ di Modena e Reggio EmiliaFacolta’ di Ingegneria

Reggio Emilia

Automazione Industriale

Production Workflow

• Production Workflow e’ il flusso che un manufatto (prodotto industriale, documento, etc.) segue all’interno di un processo produttivo per la sua trasformazione/elaborazione in un prodotto finito.

• Production Workflow:– Strutturazione dei compiti (task) di produzione.– Identificazione degli attori (macchine/umani) che sovraintendono ai tasks.– Ordinamento/sincronizzazione dei tasks.– Elaborazione dell’informazione (controllo, supervisione, acqusizione dei

dati di produzione) per la gestione dei tasks.

Un esempio: Linea di produzione Tetra Pak

Production workflow.

Production batchscheduling

Packaging linecontrol

Packaging Line Monitor System (PLMS)

I temi di ricerca applicata per il workflow produttivo

1. Metodologie per descrivere ed organizzare il workflow produttivo (progetto del processo).

2. Nuove tecnologie IC (Information & Communicario) per la gestione del workflow produttivo (controllo del processo)

3. Tools per l’analisi del workflow produttivo (analisi del processo).

1. Organizzazione del workflow produttivo• Nuove metodologie di progetto per un workflow process

complesso (industriale, business, software oriented, etc.).

• Uso di diagrammi logici visuali:

– Reti di Petri.

– Activity Diagram di UML

Diagrammi di stato (Reti di Petri) per la descrizione di un Process Workflow

• Consentono di descrivere il flusso della produzione.

• Questi diagrammi sono molto utili in fase di progetto e alla analisi.

• Permettono di mettere in evidenza criticita’ progettuali.

Diagrammi di stato e di flusso (UML Activity diagram) per la descrizione di un Process Workflow

• Come le reti di Petri permettono di analizzare workflow complessi.

• Disponibili molti tools software di analisi (ref. www.uml.org )

2. Gestione del workflow produttivo

• Il controllo del processo produttivo organizzato su flussi di produzione richiede l’utilizzo estensivo di strumenti ICT (Information Communication Technology).

• Ler ricerche sono rivolte verso lo sviluppo di strumenti ICT per:– Scheduling della produzione in batch.– Controllo remoto delle isole produttive con ottimizzazione

dei percorsi (re-routing in caso di blocchi).– Raccolta dei dati di produzione.

La ricerca nel settore del controllo del production Workflow.

• Technologies for Business Processes (TBP) and Integration in Manufacturing (IiM) .

• Decine di progetti di ricerca sviluppati da consorzi europei (ricerca finanziata)

http://www.cordis.lu/esprit/src/projlist.htm

Alcuni esempi

• PLENT: PLanning small medium Enterprise NeTworks.– Sviluppo di software tools per mettere in comunicazione

i sistemi informativi di PMI che gia’ collaborano in un process workflow.

• VIVE: Vertical VIrtual Enterprise.– E-commerce per PMI che collaborano in un process

workflow. • FLUENT: Flow-oriented Logistics Upgade for

Enterprise NeTworks.:– Sviluppo di software tools per la la gestione del flusso

logistico in un network di PMI.

3. Analisi del workflow produttivo

• Analisi dei dati di un workflow process per la sua ottimizazione.

• Il progetto: ottimizzare il throughput produttivo di una linea di impacchettamento Tetra Pak.

• Partners: Tetra Pak – Facolta’ di Ingegneria, Reggio Emilia

Il progetto di ricerca.

• Ogni macchina è soggetta ad inceppamenti che sono in grado di interrompere il flusso produttivo della linea e causare di conseguenza il blocco di altre macchine.

• Si utilizzano quindi degli accumulatori di prodotto (buffer) che disaccoppiano le macchine garantendo una certa continuità di funzionamento.

• Lo scopo del progetto e’ la determinazione della configurazione ottimale dei buffer lungo la linea di produzione.

Ottimizzazione di una linea di produzione

Plant

Master planning schedule

Forecasts, orders, budget

Pro

duct

ion

sche

dul

e

Setups Line operation Breakdowns

Saleable productionIdle, speed Waste

……………

Shop floor

Sys

tem

p

erfo

rman

ce

Line performance

Un modello matematico della linea

M1 M2B1

p1, r1, 1 p2, r2, 2N1

M3B2

p3, r3, 3N2

MmBm-1

pm, rm, mNm-1

………

Mu(1) Md(1)B(1)

pu(1), ru(1), u(1) N1pd(1), rd(1), d(1)

L(1)

Mu(2) Md(2)B(2)

pu(2), ru(2), u(2) N2pd(2), rd(2), d(2)

L(2)

Mu(m-1) Md(m-1)B(m-1)

pu(m-1), ru(m-1), u(m-1)

Nm-1pd(m-1), rd(m-1),

d(m-1)

L(m-1)

………………………

Risultati della ricerca

• Determinazione di:– Posizionamento ottimo dei buffer.

– Dimensione ottima dei buffer.

• Calcolati in base a modelli matematici della linea e del comportamento statistico dei fermi macchina.

• I risultati teorici sono in attesa di conferma sperimentale (simulazioni su modelli funzionali)

Bibliografia

• Marlon Dumas and Arthur H.M. ter Hofstede , UML Activity Diagrams as a Workow Specfication Language, in UML 2001 Conference, Toronto (Canada).

• van der Aalst, W.M.P. , The application of Petri nets to workflow management, Journal of Circuits, Systems and Computers, Vol. 8, No. 1, pages 21-66. 1998.

• A. Grassi e C. Fantuzzi, Modellazione del comportamento prestazionale delle linee di produzione, DISMI, rapporto interno.

Ulteriori info: cesare.fantuzzi@unimore.it