A Novel Multi-Agent Based Agile Manufacturing Planning and Control System

Abstract

In the last decades, significant changes in the manufacturing environment have been noticed: moving from a local economy towards a global economy, with markets asking for products with high quality at lower costs, highly customized and with short life cycle. In this environment, the manufacturing enterprises, to avoid the risk to lose competitiveness, search to answer more closely to the customer demands, by improving their flexibility and agility, while maintaining their productivity and quality. Actually, the dynamic response to emergence is becoming a key issue, due to the weak response of the traditional manufacturing systems to unexpected disturbances, mainly because of the rigidity of their control architectures. In these circumstances, the challenge is to develop manufacturing control and scheduling systems that have autonomous and intelligence capabilities, fast adaptability to the environmental changes, higher robustness against the occurrence of disturbances, and is able to be easily integrated with manufacturing resources and legacy systems. Currently, several architectures using emerging concepts and technologies have been proposed, in particular those based on the agent based manufacturing paradigm. Agent technology has been recognized as a promising paradigm for the next generation manufacturing systems. Researchers have even attempted to apply agent technology to manufacturing enterprise integration, enterprise collaboration (including supply chain management and virtual enterprises), manufacturing process planning and scheduling, shop floor control, and to holonic manufacturing as an implementation methodology. This dissertation intends to develop an agile and adaptive manufacturing control and scheduling system for tackling the current requirements imposed in the manufacturing enterprises. In order to meet the objective of this thesis, the following sub goal has been developed; the first sub goal is to study the design and develop a new agent based manufacturing system for a more realistic deployment in factories by taking into consideration both the machine disturbances and customer demand. The proposed agent based manufacturing system uses flexible flow line manufacturing system (UPVC door and window) as its case study and then validates it in the company. The second sub goal of this study with regards to lack of self-organization of the agent based system in the manufacturing system is to improve the self-organization mechanism in the agent-based system by utilizing the ant colony approach. The proposed self-organization mechanism implements the reference architecture (RFID based multi agent manufacturing system) at flexible manufacturing system. The implementation of these kinds of manufacturing system in a real factory is very costly and risky also existing simulation platforms are not efficient enough to cover the implementation schema. Therefore, the last goal of this study is to design and develop an effective simulation platform for an agent based manufacturing system. The proposed simulation platform is explained based on the flexible assembly line company. All proposes systems are implemented in the proposed simulation platform and real scenarios are defined for the validation and verification of the proposed system. The achieved simulation and experimental results show an improvement of in key performance indicators. Keywords: multi agent system, simulation, control and scheduling, agile manufacturing, re-configurability

ÖZ : Son yıllarda, imalat alanında önemli gelişmeler meydana gelmiştir. Yerel ekonomiden küresel ekonomiye doğru ilerleme ile birlikte pazarlarda düşük maliyetli, yüksek oranda özelleştirilmiş, yüksek kaliteli fakat kısa ömürlü ürünlerin talep edildiği gözlemlenmiştir. Bu ortamda, imalat şirketleri, rekabet gücünü kaybetme riskinden kaçınmak için verimliliklerini ve kalitelerini koruyarak esnekliği ve çevikliği arttırmaya yönelik çalışmalar yaparak müşteri taleplerine daha tatminkar cevaplar bulmak ve ortaya çıkan sonuçlar ile geleneksel imalat sistemlerinde beklenmedik problemlere yanıt olması bakımından kilit bir konu haline gelmiştir. Bu bağlamda, özerklik ve istihbarat özellikleri, çevre değişikliklerine hızlı adaptasyon, bozuklukların ortaya çıkmasına karşı sağlamlık, imalat kaynaklarının ve eski sistemlerin kolaylaştırılmış entegrasyonu ile üretim kontrol ve zamanlama sistemleri geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ortaya çıkan kavramları ve teknolojileri kullanan, özellikle temel üretim bulgusuna dayanan birkaç mimari kavram önerilmiştir. Agency teknolojisi, gelecek nesil üretim sistemleri için umut verici bir bulgu olarak kabul edilmiştir. Araştırmacılar, imalat entegrasyonu, tedarik zinciri yönetimi ve sanal işletmeler dahil olmak üzere kurumsal işbirliği, üretim planlama ve çizelgeleme, atölye kontrolü ve bir uygulama metodolojisi olarak holonik imalatında acenta teknolojisini uygulamaya teşvik edilmiştir. Bu çalışma, imalat işletmelerinde uygulanan mevcut şartlarda, çevik ve uyarlanabilir üretim kontrolü ve çizelgeleme sistemi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Tezin amacını açıklamak için aşağıdaki hedefler geliştirilmiştir; ilk hedef, makine arızasını ve müşteri talebini göz önüne alarak fabrika için yeni bir acenta tabanlı imalat sistemi tasarlamak ve geliştirmektir. Geliştirilen Agency tabanlı imalat sistemi, bir analiz çalışması olarak sunulup, üretim sistemi (UPVC kapı ve pencere) olarak kullanılmış ve şirket tarafından onaylanmıştır. Bu çalışmada, çoklu agency sistemlerinin imalat sisteminde kendi kendine adaptasyonuna ilişkin ikinci hedef, karınca koloni yaklaşımını kullanarak çoklu acenta sistemi üzerinde kendi kendini düzenleme mekanizmasını geliştirerek adaptasyonu kendi kendine yapması sağlanmaktadır. Geliştirilen otomatik adaptasyon mekanizması, analiz sistemlerinin imalatında referans mimariyi (RFID tabanlı çok etmen imalat sistemi) uygulamıştır. Bu tür bir imalat sisteminin gerçek fabrikada uygulanması çok masraflı ve mevcut simülasyon platformu bulutunun riskli olması da uygulama şemasını etkin şekilde kapsamamaktadır. Bu nedenle bu çalışmanın diğer bir hedefi ise, çoklu acenta sistemi imalatı için etkili simülasyon platformunun tasarlanması ve geliştirilmesidir. Geliştirilen simülasyon platformu, değişken montaj hattı şirketi ile bağlantılı olarak açıklanmıştır. Geliştirilen sistemlerin tümü önerilen simülasyon platformunda uygulanmaktadır. Ek olarak, gerçek senaryolar önerilen sistemin doğrulanması için tanımlanmıştır. Elde edilen simülasyon ve deneysel verilere göre, ana performans göstergelerinde de bir iyileşme olduğu gösterilmiştir. Beklenilen hedef, düşük maliyetli ve düşük uygulama riski göz önüne alınarak daha çevik bir üretim sistemi tasarlayan ve geliştiren bu çalışmanın asıl amacını oluşturmuştur. Anahtar Kelimeler: çoklu agency sistemi, simülasyon, kontrol ve planlama, çevik üretim, yeniden yapılandırılabilirlik