Contribució als algoritmes de construcció de models del món per a la implementació en Arquitectures Àgils de Fabricació

Abstract

The present work composes a contribution towards the Construction of World models for its implementation in 'Agile Manufacturing Architectures', aiming to take a step further the control programs for manufacturing systems, making it go from being mere tasks implementers to be entities with 'intelligence' that allow them to decide for themselves what is the best strategy to approach a certain given task. In other words, the input information to the production system should stop being a deterministic sequence of commands to become a specification of initial and final states. The work builds on previous results of Gomà and Vivancos to build logical models of simple systems and enunciates some corollaries relating to its operation. Then, it develops new algorithms based on the main stages of World Exploration and Tasks Implementation; initially only for Worlds populated by binary variables and later with the introduction of the treatment of continuous variables. These algorithms, innovative as they introduce the possibility of applying logical prejudices about the world, can apply different strategies to build world models. To evaluate the applicability of these algorithms it is programmed in C+ an experimentation platform for particularised systems and a specification according to the variables that should be utilised in the implementation of these algorithms in different types of manufacturing equipment (Machine tools for Subtractive methods and Additive Manufacturing systems) as well as in complex systems such as the 'Agile Manufacturing Architectures', that have been studied and materialized in works in the context of the present Thesis. In recent years, the paradigm of manufacturing has changed. China and Asia have become the factory of the world and all developed countries have had to began aggressive reindustrialization campaigns to relocate the industry lost. In some cases, particularly relevant sectors 'like the biomedical sector, the Toys case and the Consumer products-, have been presented as a golden opportunity to achieve promising results and have been the subject of an in-depth analysis in this work. Meanwhile, during these years, research and development of manufacturing systems have not been stopped; in fact, it has emerged a new community called 'Makers', built upon very well trained users, motivated by non-profit aspirations that are making to change the game rules. Soon, the personal digital fabrication and the virtual generation and sharing of content will end up to change the way of producing products (and therefore to conceive, to transport, to use and to trade with them), making possible a movement that is being considered as the 'Democratization of the production'. The algorithms presented are intended to maintain a high level of abstraction. 'Action' and 'detection' are internally treated as entirely independent processes, so the system must necessarily learn by an internal logical process. Moreover, beyond the scope of the contribution of this Thesis, the aim of this work is being able to provide a functional specification that can be made available to the community and may serve as a seed to allow the development of intelligent manufacturing paradigms (iCAM) in truly Agile Manufacturing Architectures.

La present Tesi Doctoral realitza una contribució a la Construcció de Models del Món per a la implementació en Arquitectures Àgils de Fabricació, amb la intenció de portar un pas més enllà els programes de control dels sistemes de fabricació, tot fent que passin de ser simples executors de tasques a ser elements amb 'intel·ligència' que els permeti decidir per ells mateixos quina és la millor estratègia per abordar una tasca encomanada. Dit d'altra manera, la informació d'entrada al sistema de fabricació ha de deixar de ser una seqüència determinista de comandes per convertir-se en una especificació d'Estats inicial i final. El treball parteix dels treballs previs de Gomà i Vivancos per construir models lògics de sistemes senzills i n'enuncia uns corol·laris relatius al seu funcionament. A continuació, desenvolupa nous algoritmes basats en les etapes principals d'Exploració del Món i d'Execució de Tasques; primer per móns només poblats per variables binàries i més tard amb la introducció del tractament de contínues. Aquests algoritmes, innovadors, ja que introdueixen la possibilitat d'aplicar prejudicis lògics sobre el món, permeten aplicar diferents estratègies de construcció de Models del Món. Per a avaluar la bona aplicabilitat d¿aquests algoritmes, es realitza la programació d'una plataforma d¿experimentació en llenguatge C+ i es particularitza una especificació de sistemes segons les seves variables per tal d'interpretar com hauria de ser la implementació d'aquests en diferents tipologies de Màquina (Fabricació per arrencament de ferritja i Fabricació Additiva), així com en sistemes complexos com les Arquitectures Àgils de Fabricació que han estat objecte d'estudi i de materialització en treballs a l'entorn de la present Tesi Doctoral. Durant els darrers anys, el paradigma de la fabricació ha canviat. Xina i l'Àsia s'han convertit en la fàbrica de tot el món i els països desenvolupats han hagut de començar campanyes de reindustrialització molt agressives per relocalitzar la industria perduda. En alguns casos, sectors especialment rellevants -com el cas biomèdic, el cas de la joguina i els productes de consum- s'han presentat com a oportunitats daurades per assolir resultats esperançadors i han estat objecte d'un anàlisi en profunditat en el present treball. Paral·lelament, durant aquests anys, la recerca i el desenvolupament de sistemes de fabricació no han estat aturats; de fet ha aflorat amb força una nova comunitat anomenada 'Makers', formada per usuaris molt ben capacitats moguts per interessos no lucratius que estan fent canviar les regles del joc. Aviat, amb la fabricació digital personal i la generació i compartició de continguts de manera virtual, canviaran la manera de produir productes (i per tant de concebre'ls, transportar-los, utilitzar-los i de comerciar amb ells), tot fent possible el moviment que ja es considera com la 'Democratització de la producció'. Els algoritmes presentats pretenen mantenir un nivell d'abstracció elevat. 'Acció' i 'detecció' es tracten com a processos desacoblats internament, de manera que el sistema hagi de fer necessàriament un procés d'aprenentatge lògic. Més enllà de l'abast de la contribució de la present Tesi Doctoral, la intenció d'aquest treball és haver pogut aportar unes especificacions funcionals que podran ser posades a l'abast de la comunitat i que podran servir de llavor per permetre el desenvolupament de nous paradigmes de fabricació intel·ligent (iCAM) en veritables Arquitectures Àgils de Fabricació