AI-driven production scheduling based on multi-agent system
Mass production industries and global firms depend on production management in order to compete in the modern volatile manufacturing marketplace. Achieving high manufacturing performance requires a compound of AI services and information technologies working in parallel across different business lay...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2022
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16534 |
id |
nemertes-10889-16534 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Production scheduling Multi agent system Artificial intelligence Metaheuristics Machine learning Xρονοπρογραμματισμό παραγωγής Σύστημα πολλαπλών αυτόνομων μονάδων Τεχνητή νοημοσύνη Μετα-ευρετικες μέθοδοι Μηχανική μάθηση |
spellingShingle |
Production scheduling Multi agent system Artificial intelligence Metaheuristics Machine learning Xρονοπρογραμματισμό παραγωγής Σύστημα πολλαπλών αυτόνομων μονάδων Τεχνητή νοημοσύνη Μετα-ευρετικες μέθοδοι Μηχανική μάθηση Σιάτρας, Βασίλειος AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
description |
Mass production industries and global firms depend on production management in order to compete in the modern volatile manufacturing marketplace. Achieving high manufacturing performance requires a compound of AI services and information technologies working in parallel across different business layers and ensure information transparency and precise decision-making. As research and innovation took off, an ecosystem of smart autonomous assets (so called agents) has been introduced in all manufacturing levels constructing the main idea behind Industry 4.0. With Multi-Agent Systems (MAS) appearing in the forefront of nowadays manufacturing research and innovation, the requirements of interoperability and granularity is the primary challenge for I4.0 stakeholders. The realization of this objective is found in the core components of I4.0, so called Asset Administration Shell (AAS), which provide abstraction in the production assets description and interactions. As a result, managing to design and develop AI services with increased abstraction in the applied environment enables the deployment of increased automation and flexibility in the business operations. This thesis focuses on exploiting AAS technology for the design and development of a scheduling meta-agent that uses AI in order to solve different production schedule optimization problems. For that reason there was proposed a toolbox of three independent AI agents, that act as a plugin to the meta-agent interface and allow decision-making in three different scheduling problems namely factory, logistics, and conveyor scheduling. (a) The development of the factory scheduler plugin a heuristic decision-making algorithm for scheduling was utilized; (b) for Logistics scheduler was based on a mathematical optimization problem that uses Fuzzy Logic and is solved by a Genetic Algorithm; (c) while for the Conveyor scheduler there were used both a Mixed Integer Programming model and two Machine Learning model (LSTM RNN, and a FFNN). The MAS was deployed in two different manufacturing cases i.e. automotive and bicycle manufacturing industries demonstrating improvement in the business KPIs. In overall, the MAS was proven efficient in the ability of managing the production environment with low human interference required. |
author2 |
Siatras, Vasileios |
author_facet |
Siatras, Vasileios Σιάτρας, Βασίλειος |
author |
Σιάτρας, Βασίλειος |
author_sort |
Σιάτρας, Βασίλειος |
title |
AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
title_short |
AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
title_full |
AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
title_fullStr |
AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
title_full_unstemmed |
AI-driven production scheduling based on multi-agent system |
title_sort |
ai-driven production scheduling based on multi-agent system |
publishDate |
2022 |
url |
http://hdl.handle.net/10889/16534 |
work_keys_str_mv |
AT siatrasbasileios aidrivenproductionschedulingbasedonmultiagentsystem AT siatrasbasileios programmatismosparagōgēsmechrēsētechnētēsnoēmosynēskaisystēmataautonomōnmonadōn |
_version_ |
1799945014013329408 |
spelling |
nemertes-10889-165342022-09-06T07:03:42Z AI-driven production scheduling based on multi-agent system Προγραμματισμός παραγωγής με χρήση τεχνητής νοημοσύνης και συστήματα αυτόνομων μονάδων Σιάτρας, Βασίλειος Siatras, Vasileios Production scheduling Multi agent system Artificial intelligence Metaheuristics Machine learning Xρονοπρογραμματισμό παραγωγής Σύστημα πολλαπλών αυτόνομων μονάδων Τεχνητή νοημοσύνη Μετα-ευρετικες μέθοδοι Μηχανική μάθηση Mass production industries and global firms depend on production management in order to compete in the modern volatile manufacturing marketplace. Achieving high manufacturing performance requires a compound of AI services and information technologies working in parallel across different business layers and ensure information transparency and precise decision-making. As research and innovation took off, an ecosystem of smart autonomous assets (so called agents) has been introduced in all manufacturing levels constructing the main idea behind Industry 4.0. With Multi-Agent Systems (MAS) appearing in the forefront of nowadays manufacturing research and innovation, the requirements of interoperability and granularity is the primary challenge for I4.0 stakeholders. The realization of this objective is found in the core components of I4.0, so called Asset Administration Shell (AAS), which provide abstraction in the production assets description and interactions. As a result, managing to design and develop AI services with increased abstraction in the applied environment enables the deployment of increased automation and flexibility in the business operations. This thesis focuses on exploiting AAS technology for the design and development of a scheduling meta-agent that uses AI in order to solve different production schedule optimization problems. For that reason there was proposed a toolbox of three independent AI agents, that act as a plugin to the meta-agent interface and allow decision-making in three different scheduling problems namely factory, logistics, and conveyor scheduling. (a) The development of the factory scheduler plugin a heuristic decision-making algorithm for scheduling was utilized; (b) for Logistics scheduler was based on a mathematical optimization problem that uses Fuzzy Logic and is solved by a Genetic Algorithm; (c) while for the Conveyor scheduler there were used both a Mixed Integer Programming model and two Machine Learning model (LSTM RNN, and a FFNN). The MAS was deployed in two different manufacturing cases i.e. automotive and bicycle manufacturing industries demonstrating improvement in the business KPIs. In overall, the MAS was proven efficient in the ability of managing the production environment with low human interference required. Οι σύγχρονες βιομηχανίες και οι παγκόσμιες επιχειρήσεις εξαρτώνται από τη διαχείριση της παραγωγής προκειμένου να ανταγωνιστούν στη σύγχρονη αγορά. Οι σύγχρονες απαιτήσεις, δημιουργούν επιπρόσθετες δυσκολίες στην απόδοση υψηλής ποιότητας, χαμηλού κόστους και σύντομο χρόνο διάθεσης στην αγορά. Η επίτευξη αυτών των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών απαιτεί ένα σύνολο υπηρεσιών τεχνητής νοημοσύνης και πληροφοριών που λειτουργούν παράλληλα σε διαφορετικά επίπεδα της επιχείρησης και διασφαλίζουν τη διαφάνεια των πληροφοριών και τη λήψη αποφάσεων. Καθώς η έρευνα και η καινοτομία απογειώθηκαν, ένα οικοσύστημα έξυπνων αυτόνομων μονάδων (τα λεγόμενα agents) εισήχθη σε όλα τα επίπεδα παραγωγής. Με τα συστήματα αυτά (MAS) να εμφανίζονται στην πρώτη γραμμή της σύγχρονης έρευνας και καινοτομίας, οι απαιτήσεις διαλειτουργικότητας και ευαισθησίας είναι η κύρια πρόκληση για τους ενδιαφερόμενους φορείς του I4.0. Η υλοποίηση αυτού του στόχου βρίσκεται στα βασικά στοιχεία του I4.0, το λεγόμενο Asset Administration Shell (AAS), τα οποία περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις των στοιχείων παραγωγής. Ως αποτέλεσμα, η διαχείριση του σχεδιασμού και της ανάπτυξης υπηρεσιών τεχνητής νοημοσύνης με αυξημένη αφαίρεση στο εφαρμοσμένο περιβάλλον επιτρέπει την ανάπτυξη αυξημένου αυτοματισμού και ευελιξίας στις επιχειρηματικές λειτουργίες. Αυτή η διατριβή εστιάζει στην αξιοποίηση της τεχνολογίας AAS για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη πρακτόρων τεχνητής νοημοσύνης, υπεύθυνων για την προσαρμοστική λήψη αποφάσεων σχετικά με τον προγραμματισμό παραγωγής. Αυτό έχει επιτευχθεί με την εισαγωγή ενός meta-agent για τον χρονοπρογραμματισμό της παραγωγής, που περιγράφεται από το μοντέλο AAS και έχει σχεδιαστεί για να δρα αυτόνομα σε ένα MAS. Ο meta-agent προγραμματισμού ήταν η δίοδος σε ένα οικοσύστημα (εργαλειοθήκη) συστημάτων βελτιστοποίησης που ο καθένας αντιμετώπιζε διαφορετικά προβλήματα χρονοπρογραμματισμό. Το MAS αναπτύχθηκε σε δύο διαφορετικές περιπτώσεις, αυτοκινητοβιομηχανίες και βιομηχανίες κατασκευής ποδηλάτων, επιδεικνύοντας βελτίωση στους επιχειρηματικούς δείκτες απόδοσης. 2022-07-15T08:38:49Z 2022-07-15T08:38:49Z 2022-07-13 http://hdl.handle.net/10889/16534 en application/pdf |