POLITECNICO DI BARI FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA TESI IN CONTROLLO DIGITALE

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1 POLITECNICO DI BARI FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA TESI IN CONTROLLO DIGITALE GESTIONE DI SISTEMI AUTOMATIZZATI DI STOCCAGGIO E RECUPERO Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. BIAGIO TURCHIANO Correlatore: Chiar.ma Prof. Ing. MARIA PIA FANTI Laureando: GIORGIO IACOBELLIS ANNO ACCADEMICO

2 SCHEMA DELLA PRESENTAZIONE Sistemi AS/RS Controllo operativo degli AS/RS: il problema del deadlock Modello dell AS/RS con le reti di Petri colorate e sua implementazione in ambiente Arena Politiche Deadlock Avoidance e Deadlock Detection, e relativa implementazione in Arena Analisi dei risultati delle simulazioni e confronto delle due politiche Conclusioni

3 AS/RS: AUTOMATED STORAGE/RETRIEVAL SYSTEMS SISTEMI AUTOMATIZZATI DI STOCCAGGIO/RECUPERO MERCI IN IMPIANTI INDUSTRIALI Riduzione dei costi di manodopera Riduzione dei tempi necessari per le operazioni di stoccaggio/recupero Incremento del numero di operazioni Sfruttamento ottimale degli spazi Miglioramento delle condizioni di sicurezza Riduzione dell incidenza di errori di collocazione e furti Gestione di database sempre aggiornati sui movimenti della merce

4 LAYOUT DI UN SISTEMA AS/RS ARMADI SUDDIVISI NELLE VARIE LOCAZIONI GRU CONVOGLIATORE BIDIREZIONALE DWELL POINT DELLA GRU CONVOGLIATORE UNIDIREZIONALE RGV STAZIONE DI USCITA STAZIONE DI INGRESSO CIRCUITO DEGLI RGV

5 CONTROLLO GERARCHICO DELL AS/RS CONTROLLO STRATEGICO CONTROLLO TATTICO CONTROLLO OPERATIVO OBIETTIVI A LUNGO TERMINE assegnamento dell area magazzino assegnamento della locazione libera modalità di esecuzione dei comandi sequenzializzazione delle operazioni regole di priorità gestione di eventi occasionali: sovraccarichi e guasti 1. ESECUZIONE DELLE OPERAZIONI allocazione dei prodotti in arrivo secondo la politica varata al livello tattico selezione del dwell point delle gru selezione e instradamento degli RGV 2. CONTROLLO IN TEMPO REALE gestione delle risorse per evitare deadlock e collisioni

6 OGGETTO DI QUESTA TESI E PROPRIO IL CONTROLLO IN TEMPO REALE DELL AS/RS GESTIONE DEL TRAFFICO strategie per evitare le collisioni tra i veicoli strategie per risolvere i deadlocks SUDDIVISIONE IN TRATTE DEADLOCK DETECTION DEADLOCK AVOIDANCE

7 DEADLOCK RIGUARDANTE IL CONVOGLIATORE BIDIREZIONALE PEZZO J 2 IN USCITA DAL CONVOGLIATORE CONVOGLIATORE BIDIREZIONALE PEZZO J 1 DA DEPOSITARE SUL CONVOGLIATORE DEADLOCK TRA CONVOGLIATORE ED RGV RGV1 RGV2 PEZZO J 2 GRU CONVOGLIATORE BIDIREZIONALE DEADLOCK TRA GRU E CONVOGLIATORE PEZZO J 1

8 POLITICA DEADLOCK DETECTION SCAFFALE GRU STAZIONE TEMPORANEA J 1 J 2 J 4 CONVOGLIATORE DI STOCCAGGIO CONVOGLIATORE DI RECUPERO J 3 RGV1 RGV2 RGV3

9 POLITICA DEADLOCK AVOIDANCE SCHEDULATORE EVENTO EVENTO INIBITO Lo schedulatore propone un operazione di stoccaggio/recupero SI CONTROLLO L algoritmo avoidance verifica se l operazione può generare condizioni di stallo NO EVENTO ABILITATO

10 MODELLO UTILIZZATO PER DESCRIVERE IL SISTEMA RETI DI PETRI COLORATE TEMPORIZZATE Modularità e compattezza Modellazione orientata alle risorse Rappresentazione grafica intuitiva Facile implementazione Strumento ideale per sintetizzare politiche real time

11 RETE DI PETRI COLORATA DI UN AS/RS PLACE: RISORSA TOKEN: PEZZO, RGV O GRU TRANSIZIONE: <r 2 > MOVIMENTO PEZZO, RGV O GRU COLORE: <r i,r j,,r m > COMPITO ASSEGNATO AL PEZZO, ALL RGV O ALLA GRU

12 CONVERSIONE DEL MODELLO CTPN IN MODELLO ARENA TOKEN ENTITA RGV Pezzi PLACE SERVER (risorsa fisica acquisita dall entità) Stazioni input/output Tratte del sistema RGV Convogliatori Dwell point delle gru Locazioni TRANSIZIONE COLORE SCAN ATTRIBUTO Modulo ARENA per la verifica delle condizioni Percorso che l entità deve seguire

13 SIMULAZIONI EFFETTUATE I dati sono stati raccolti osservando il comportamento del sistema in 16 configurazioni differenti, al variare di: Politica adottata DEADLOCK AVOIDANCE DEADLOCK DETECTION Regole di priorità Maggiore priorità per le operazioni dirette ai convogliatori bidirezionali Nessuna priorità Numero dei carrelli Per ogni configurazione sono state effettuate 30 simulazioni della durata di 8 h, per un totale di 480 simulazioni

14 INDICI DI PERFORMANCE VALUTATI (MEDIA SU 30 TEST, CIASCUNO DELLA DURATA DI 8 h) THROUGHPUT DEL SISTEMA numero di operazioni di stoccaggio/recupero completate nel tempo di osservazione N.RO DI INTERVENTI DEI CONTROLLORI AVOIDANCE E DETECTION numero di operazioni invalidate (avoidance) e di movimenti delle gru per risolvere il deadlock (detection) TASSO PERCENTUALE DI UTILIZZO DEGLI RGV rapporto tra il tempo in cui gli RGV vengono utilizzati nell arco di una simulazione (viaggio, carico-scarico, attesa) e il tempo di durata della simulazione TASSO PERCENTUALE DI UTILIZZO DELLE GRU rapporto tra il tempo in cui le gru vengono utilizzate nell arco di una simulazione (viaggio, carico-scarico, attesa) e il tempo di durata della simulazione

15 THROUGHPUT DEL SISTEMA Avoidance Detection Avoidance senza priorità Detection senza priorità RGV In generale maggiore produttività per i sistemi con controllo avoidance senza priotità tranne per il caso in cui vengono utilizzati 5 RGV

16 NUMERO DI INTERVENTI DEI CONTROLLORI AVOIDANCE E DETECTION Avoidance Detection Avoidance senza priorità Detection senza priorità RGV Interventi del controllore AVOIDANCE nettamente superiori al numero di deadlocks effettivamente verificatosi

17 TASSO PERCENTUALE DI UTILIZZO DEGLI RGV OSSERVAZIONI EFFETTUATE SUL CARRELLO NUMERO percentuale Avoidance Detection Avoidance senza priorità Detection senza priorità numero di carrelli utilizzato Tra le configurazioni variazioni dell indice poco significative Per tutte ottimi risultati intorno al 96%

18 TASSO PERCENTUALE DI UTILIZZO DELLE GRU OSSERVAZIONI EFFETTUATE SULLA GRU NUMERO percentuale Avoidance Detection Avoidance senza priorità Detection senza priorità numero di carrelli utilizzato Maggiore sfruttamento delle gru per la DETECTION

19 CONCLUSIONI SULLA BASE DEI RISULTATI OTTENUTI DELLE SIMULAZIONI IN ARENA 7.01, POSSIAMO TRARRE LE SEGUENTI CONCLUSIONI: In termini di throughput: politica avoidance più efficiente della detection nella maggior parte dei casi La politica avoidance ha comunque il vantaggio rispetto alla detection di non richiedere elevati costi di attivazione e di gestione (stazioni temporanee e bracci meccanici per il loro rifornimento) PROSPETTIVE FUTURE Confronto delle due strategie: AVOIDANCE e DETECTION, al variare delle politiche di scheduling