Controle da produção utilizando estratégias de consenso multiagente

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Sousa, Alex Luiz de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32959
Resumo: Flexibility in production processes, related to the ability to reconfigure machines and the diversity of products produced, is seen by the industry as a strategy for gaining a competitive advantage. To ensure flexibility and reconfiguration, flexible manufacturing systems have been updated with concepts and technologies, representing a new production model aligned with Industry 4.0. However, designing intelligent and adaptable controls for flexible manufacturing systems is challenging. Approaches employing multi-agent systems have been well accepted for this process due to the decentralized and cooperative way agents solve optimization problems and deal with complex tasks. Multi-agent consensus, which can be seen as an algorithmic procedure that enables convergence to new information states, can be exploited to compose more efficient control solutions in flexible manufacturing systems. Controlling production in these systems requires that agents also have the skills to deal with unforeseen and undesirable situations, such as rush orders, deadlocks, and other production deadlocks. Much research proposes rescheduling approaches as a solution to rush orders and deadlocks, but they are limited to specific production environments or are difficult to adapt to other production scenarios. However, certain types of deadlock can be better resolved in advance in production planning, taking into account the type and capacity of machinery available. Machine and equipment buffer restrictions, as well as the transportation system used to move parts or products between machines, need to be taken into account when planning production. Rush orders, which have significant disruptive capacity in production time but are accepted by the industry due to the competitive market, also depend on adequate controls for the constraints of the production environment. In addition to deadlocks in the system, the predictability crucial for industries to meet their demands efficiently, at lower costs and at appropriate levels is also at risk of being compromised. The objective of this thesis is to generate new solutions for production scheduling and control using multiagent consensus strategies and the readjustment of predictive schedules. The studies developed include flexibility in production processes, decentralization of production, a trend in Industry 4.0, solutions to deadlock problems, predictability conditions with specialized scheduling, support for the insertion of rush orders in flexible manufacturing systems, and the applicability of the approaches to other production environments. Experiments have proven that multi-agent systems efficiently decentralize order-controlled flexible manufacturing systems. Readjustment filters were applied to predictive schedules to avoid potential production deadlocks, and multi-agent consensus proposals ensured agent cooperation on tasks related to normal and rush production orders. Taking advantage of consensus to insert rush orders at production time, avoiding deadlocks due to overlapping and buffer constraints, is an innovation for flexible manufacturing systems and an efficient approach to avoiding computationally onerous rescheduling methods.
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To ensure flexibility and reconfiguration, flexible manufacturing systems have been updated with concepts and technologies, representing a new production model aligned with Industry 4.0. However, designing intelligent and adaptable controls for flexible manufacturing systems is challenging. Approaches employing multi-agent systems have been well accepted for this process due to the decentralized and cooperative way agents solve optimization problems and deal with complex tasks. Multi-agent consensus, which can be seen as an algorithmic procedure that enables convergence to new information states, can be exploited to compose more efficient control solutions in flexible manufacturing systems. Controlling production in these systems requires that agents also have the skills to deal with unforeseen and undesirable situations, such as rush orders, deadlocks, and other production deadlocks. Much research proposes rescheduling approaches as a solution to rush orders and deadlocks, but they are limited to specific production environments or are difficult to adapt to other production scenarios. However, certain types of deadlock can be better resolved in advance in production planning, taking into account the type and capacity of machinery available. Machine and equipment buffer restrictions, as well as the transportation system used to move parts or products between machines, need to be taken into account when planning production. Rush orders, which have significant disruptive capacity in production time but are accepted by the industry due to the competitive market, also depend on adequate controls for the constraints of the production environment. In addition to deadlocks in the system, the predictability crucial for industries to meet their demands efficiently, at lower costs and at appropriate levels is also at risk of being compromised. The objective of this thesis is to generate new solutions for production scheduling and control using multiagent consensus strategies and the readjustment of predictive schedules. The studies developed include flexibility in production processes, decentralization of production, a trend in Industry 4.0, solutions to deadlock problems, predictability conditions with specialized scheduling, support for the insertion of rush orders in flexible manufacturing systems, and the applicability of the approaches to other production environments. Experiments have proven that multi-agent systems efficiently decentralize order-controlled flexible manufacturing systems. Readjustment filters were applied to predictive schedules to avoid potential production deadlocks, and multi-agent consensus proposals ensured agent cooperation on tasks related to normal and rush production orders. Taking advantage of consensus to insert rush orders at production time, avoiding deadlocks due to overlapping and buffer constraints, is an innovation for flexible manufacturing systems and an efficient approach to avoiding computationally onerous rescheduling methods.A flexibilidade nos processos produtivos, relacionada com a capacidade de reconfiguração das máquinas e a diversidade de produtos produzidos, é vista pela indústria como estratégia para se obter vantagem competitiva. Para garantir flexibilidade e reconfiguração, sistemas flexíveis de manufatura vem sendo atualizados por uma série de conceitos e tecnologias, representando um novo modelo de produção alinhado à Indústria 4.0. Entretanto, projetar controles inteligentes e adaptáveis para sistemas flexíveis de manufatura é um desafio. Abordagens empregando sistemas multiagentes têm sido bem-aceitas para este processo, devido à forma descentralizada e cooperativa com que os agentes resolvem problemas de otimização e lidam com tarefas complexas. O consenso multiagente, que pode ser visto como um procedimento algorítmico que possibilita convergência a novos estados de informação, pode ser explorado para compor soluções de controle mais eficientes em sistemas flexíveis de manufatura. Controlar a produção nestes sistemas requer que os agentes também possuam habilidades para lidar com situações imprevistas e indesejáveis, como ordens de urgência, deadlocks e outros impasses na produção. Muitas pesquisas propõe abordagens de reescalonamento como solução à urgências e impasses, mas se limitam a ambientes de produção específicos ou são difíceis de adaptação a outros cenários produtivos. Entretanto, certos tipos de impasses podem ser melhor resolvidos antecipadamente, no planejamento da produção, considerando o tipo e a capacidade do maquinário disponível. Restrições de buffer das máquinas e equipamentos, bem como o sistema de transporte utilizado para a movimentação de peças ou produtos entre as máquinas, precisam ser considerados no planejamento da produção. Ordens de urgência, que tem capacidade perturbadora significativa em tempo de produção, mas que são aceitas pela indústria devido ao mercado competitivo, também dependem de controles adequados às restrições do ambiente de produção. Além de impasses no sistema, a previsibilidade que é crucial para as indústrias atenderem as suas demandas de maneira eficiente, com custos menores e em níveis adequados, também corre o risco de ficar comprometida. Esta tese tem como finalidade gerar novas soluções para escalonamento e controle da produção utilizando estratégias de consenso multiagente e reajustamento de cronogramas preditivos. Os estudos desenvolvidos contemplam a flexibilidade nos processos produtivos, a descentralização da produção que é tendência da Indústria 4.0, soluções para problemas de impasses, condições de previsibilidade com escalonamento especializado, suporte à inserção de ordens urgentes em sistemas flexíveis de manufatura e a replicabilidade das abordagens para outros ambientes de produção. Experimentos comprovaram que sistemas multiagentes são eficientes para a descentralização de sistemas flexíveis de manufatura controlados por ordem. Filtros de reajustamento foram aplicados em cronogramas preditivos, a fim de evitar potenciais impasses na produção e as propostas de consenso multiagente garantiram a cooperação dos agentes em tarefas relacionadas às ordens de produção normais e urgentes. O aproveitamento do consenso para a inserção de ordens de urgência em tempo de produção, evitando impasses por sobreposição e por restrição de buffer, é uma inovação para sistemas flexíveis de manufatura e uma abordagem eficiente para evitar métodos computacionalmente onerosos de reescalonamento.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPROliveira, Andre Schneider dehttps://orcid.org/0000-0002-8295-366Xhttp://lattes.cnpq.br/4006878042502781Oliveira, Andre Schneider dehttps://orcid.org/0000-0002-8295-366Xhttp://lattes.cnpq.br/4006878042502781Tacla, Cesar Augustohttps://orcid.org/0000-0002-8244-8970http://lattes.cnpq.br/2860342167270413Bertol, Douglas Wildgrubehttps://orcid.org/0000-0002-6980-7422http://lattes.cnpq.br/5099032394205654Magatão, Leandrohttps://orcid.org/0000-0002-6917-9753http://lattes.cnpq.br/4652695720103701Leitão, Paulo Jorge Pintohttps://orcid.org/0000-0002-2151-7944http://lattes.cnpq.br/6851970061162215Sousa, Alex Luiz de2023-11-29T19:59:26Z2023-11-29T19:59:26Z2023-10-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSOUSA, Alex Luiz de. Controle da produção utilizando estratégias de consenso multiagente. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32959porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2023-12-01T06:08:21Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/32959Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2023-12-01T06:08:21Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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