Ottimizzazione di un sistema di dosaggio industriale: pianificazione ILP avanzata per la riduzione dei colli di bottiglia e la gestione dei buffer

This thesis addresses the optimization of an industrial robotic dosing system. Thanks to Logic S.r.l., the case studio relies on real technical specifications and customer requirements. The physical plant is composed of (5) dosing machines and a limited number of parking spots (6). The process consists of several recipes, that must be dynamically routed to different machines to recive their ingredients, hence they are divided into sub-recipes. The primary objective of the developed algorithm is to minimize the overall completion time, while respecting physical constraints, like limited parking spots capacity and mutual exclusivity within barrels and machines, and time constraints for the completion of individual sub-recipes. To manage this scheduling problem, Integer Linear Programming (ILP) was utilized to develop the mathematical model to represent the industrial environment. The ILP formulation relies on a set of optimization variables, representing the solver's decisions, and on the allocation matrix and capacity vector, which allow to constrain the feasible solutions region. The implemented model successfully optimize the scheduling, providing a minimization of the completion time and a maximization of the machines utilization.

Questa tesi affronta l'ottimizzazione di un sistema robotico industriale di dosaggio. Grazie all'azienda Logic S.r.l. il caso studio affrontato si affida a specifiche tecniche reali e alle richieste del cliente. L'impianto è composto da (5) macchine dosatrici e un numero limitato di parcheggi (6). Il processo si compone di molte ricette. che devono essere reindirizzate a diverse macchine per ricevere i loro ingredienti, perciò sono divise in sotto-ricette. L'obiettivo principale dell'algoritmo sviluppato è minimizzare il tempo di completamento, rispettando i limiti fisici come il numero limitato di parcheggi, l'integrità individuale dei barili e la singola capacità della macchina, e limiti temporali per il completamento delle singole sotto-ricette. Per affrontare questo problema di pianificazione, è stato utilizzata la programmazione lineare intera, per sviluppare un modello che rappresentasse l'ambiente industriale. La formulazione ILP si affida a un set di variabili di ottimizzazione, che rappresentano la decisione del solver, e alla matrice di allocazione e il vettore capacita, che permettono di limitare la regione delle soluzioni fattibili. Il modello implementato riesce a ottimizzare la pianificazione con successo, fornendo la minimizzazione del tempo di completamento e la massimizzazione dell'utilizzo delle macchine.