Schedulazione della produzione con euristiche basate sulla teoria degli agenti autonomi

 2 
guasto Ł tanto maggiore quanto piø alto Ł il livello all interno della gerarchia 
dell entit  danneggiata. 
Sono stati fatti dei tentativi per lo sviluppo di architetture distribuite che 
potessero condurre verso il raggiungimento di tali obiettivi. 
I sistemi distribuiti offrono un architettura in cui decresce la centralizzazione e 
la rigidit  facendo cos accrescere la flessibilit  dell impianto. Essi 
supportano i sistemi produttivi decentralizzati anzichØ quelli centralizzati e 
concorrenti piuttosto che sequenziali. La tecnologia degli agenti fornisce una 
valida possibilit  come architettura di controllo per affrontare tali problemi. 
Una struttura multiagente rimpiazza i database centralizzati ed il sistema di 
controllo con una rete di agenti con database locali e capacit  di 
comunicazione avanzate. Le performance del sistema si sviluppano 
attraverso l interazione dinamica tra gli agenti. 
Negli ultimi anni vi sono state numerose proposte per la progettazione di 
nuovi sistemi di gestione della produzione di breve termine basati sul 
paradigma degli agenti autonomi. I sistemi multiagente prevedono la 
presenza di piø unit  decisionali autonome, distribuite all interno dell impresa, 
interagenti e cooperanti tra loro per garantire il raggiungimento dell obiettivo 
globale del sistema. 
Nelle condizioni di incertezza e complessit  dei sistemi manifatturieri gli 
interventi usuali sono sulla struttura organizzativa e sul sistema di controllo. 
Le ricerche nell ambito dei sistemi di controllo sono state dirette verso i 
sistemi distribuiti che riducono la gerarchia e la rigidit , e, l idea di 
un architettura basata sull intelligenza artificiale distribuita sembra essere 
attualmente la risposta piø appropriata per lo scheduling dinamico di task 
industriali. 
Sulla base di queste caratteristiche dell ambiente manifatturiero, nel capitolo 
1 viene presentata una panoramica delle propriet  delle varie architetture di 
controllo, da quelle tradizionali (gerarchica e centralizzata) fino a quelle di 
ultima generazione (agent-oriented) mettendo in risalto le capacit  ed i limiti 
di ognuna di esse in un ambiente turbolento.  
Il capitolo 2 del presente lavoro tratta le caratteristiche dei sistemi 
multiagente e, in particolare, una breve tassonomia per i sistemi di controllo 
distribuito in termini di agente, comunicazione e cooperazione. E  inoltre 
posta in evidenza l importanza dell autonomia di un agente che Ł un concetto 
relativo all ambiente applicativo in considerazione. Al termine del capitolo 2 
viene introdotta l architettura eterarchica a mercato, che Ł stata 
implementata, basata sul modello proposto da Lin e Solberg. 
L assenza di una metodologia di progettazione concettuale standard ed 
efficaci tecniche di modellazione per applicazioni su larga scala del 
 3 
paradigma multiagente, nel capitolo 3 viene presentata la metodologia 
adottata in questo lavoro di tesi. In questa metodologia sono rappresentate le 
informazioni possedute dagli agenti, gli obiettivi che i singoli agenti cercano 
di perseguire, le interazioni tra gli agenti (la cooperazione) e con l ambiente 
circostante ed infine le azioni svolte dagli agenti ed il loro effetto in termini di 
cambiamento di stato. 
Nel capitolo 4 Ł presentato il problema aziendale su cui Ł stato applicato il 
modello distribuito implementato. Nella parte iniziale di questo capitolo viene 
presentata l azienda, la ACME 1, un produttore di calze sportive a 
commessa, punto di riferimento del mercato nazionale ed estero della 
calzetteria. Inoltre, oltre alla realt  aziendale in cui la ACME 1 opera, 
vengono presentate le varie fasi del processo produttivo mettendo in luce, in 
particolare, la procedura di tessitura della calza. La seconda parte di questo 
capitolo, tratta gli obiettivi che il lavoro di tesi cerca di raggiungere tramite 
l applicazione di un architettura di controllo basata sugli agenti autonomi: 
minimizzazione dei tempi di attrezzaggio delle macchine per la produzione 
dei differenti articoli delle commesse da produrre. 
Il capitolo 5 tratta l applicazione della metodologia (descritta nel capitolo 3) 
all architettura eterarchica a mercato. In questo capitolo sono descritte tutte 
le propriet , funzioni ed obiettivi di ciascun agente autonomo presente nel 
sistema. Questo capitolo Ł proprio il progetto dell architettura, in quanto 
vengono descritte le modalit  di cooperazione ed interazione tra i differenti 
agenti del sistema, gli obiettivi di ognuno di essi ed i cambiamenti di stato del 
sistema come conseguenza delle loro azioni. 
Nel capitolo 6 sono presentati i risultati del modello implementato. Svolte le 
simulazioni necessarie con i dati sperimentali forniti dall azienda, l output del 
sistema, che rappresenta una soluzione ottimale, Ł confrontato con il piano di 
produzione dell azienda stessa, mettendo in evidenza il comportamento 
dell architettura in funzione dei cambiamenti di stato del parco macchine. 
Successivamente, viene presentato un caso di studio ricavato sempre 
dall azienda ACME1, relativo ad un parco macchine di costituito da 23 unit  
su un orizzonte temporale di pianificazione di 9 settimane. In questo seconda 
caso di studio di dimensioni piø piccole rispetto al caso generale dell azienda 
ACME 1, l output del sistema viene confrontato con i risultati di un modello 
matematico che rappresenta la soluzione ottima di riferimento.  
Il modello matematico utilizzato, essendo un modello di PLI, Ł in grado di 
fornire la soluzione ottima in tempi accettabili solo nel caso di una 
pianificazione della produzione in cui il numero di tipi di prodotti trattati non 
sia superiore a 7. Pertanto i risultati della fase sperimentale hanno permesso 
di individuare le regioni di applicabilit  rispettivamente del modello 
 4 
matematico e del modello euristico proposto. Si Ł evidenziato che a parit  di 
macchine utilizzate, se il numero di tipi di prodotto Ł superiore a 7, il modello 
euristico Agent based proposto fornisce una soluzione ottimale peggiore solo 
del 27% rispetto al valore ottimo della funzione obiettivo ma con un tempo di 
calcolo dell ordine dei 50 minuti. Pertanto si pu  concludere che il modello 
proposto fornisce nei casi di inapplicabilit  del modello matematico un valido 
trade off tra tempo di calcolo e qualit  della soluzione. 
 5 
Capitolo 1 
Classificazione delle Architetture di Controllo 
 
1.1 Introduzione 
I sistemi manifatturieri e la tecnologia associata si sono continuamente 
evoluti negli ultimi anni. La rapida evoluzione tecnologica ed i cambiamenti 
dell ambiente competitivo hanno considerevolmente mutato i sistemi 
manifatturieri (vedi figura 1-1). Gli impianti delle industrie erano 
prevalentemente manuali fino alla fine degli anni 60, quando furono introdotte 
le macchine a controllo numerico, dove gli operatori umani seguivano 
semplicemente delle regole di distribuzione con priorit  per lo scheduling ed 
il controllo della produzione. Il settore industriale era spinto principalmente 
dalla massimizzazione della produzione, con conseguenti costi e capacit  
determinati dalla disponibilit  di capitale ed infrastrutture, che costituivano i 
fattori competitivi del periodo del secondo dopo guerra. 
 
1950 1960 1970 1980 1990 2000
&RPSHWLWLRQ
&RQWURO
$UFKLWHFWXUHV
6FKHGXOLQJ
H &RQWURO
&RQWURO
7HFKQRORJL\
6RIWZDUH
Centralized
IMSFMSRoboticsNCNNCManual
Capacity
Manual
Hierarchical Heterarchical
Cost
MRP MRP II
Automated 
Scheduling
Integrated 
Scheduling 
e Control
Variety Quality JIT Flexibility
Functional
Programming
Structured
Programming
Object 
Oriented
Distributed
Objects
 
Figura 1-1: Evoluzione del Manufacturing System
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 6 
Negli anni 70 i microprocessori iniziarono ad essere largamente usati per il 
controllo numerico delle macchine (CNC: Computer Numerical Control). I 
computers Mainframe erano usati per il Material Requirement Planning 
(MRP) che erano usualmente utilizzati con un database centralizzato per il 
controllo delle informazioni sulla produzione e sulle scorte. Tipicamente, i 
sistemi MRP contenevano spesso un modulo  scheduler master  che aveva 
come output uno scheduling della produzione annuale, ma che veniva 
aggiornato mensilmente. 
Verso la fine degli anni 70, si verific  una crescente variet  di prodotti 
richiesti dal mercato, che divenne un fattore importante della competitivit  tra 
le aziende. Questo fatto ha determinato nei sistemi produttivi una forte 
pressione in quanto non dovevano piø produrre con il solo obiettivo della 
massimizzazione della quantit  di articoli prodotta, ma dovevano anche 
diversificare le tipologie di prodotti da produrre. 
Con l avvento degli anni 80, si Ł assistito alla nascita dei Flexible 
Manufacturing Systems (FMS) che rappresentavano la crescita dell utilizzo 
del controllo computerizzato degli impianti produttivi. Questi sistemi 
manifatturieri hanno generalmente uno scheduling centralizzato ed 
un architettura di controllo di tipo gerarchico, come mostrato in figura 1-2, in 
cui il modulo di livello piø alto utilizza una grossa quantit  di informazioni, 
come: process plan, due date, processing time, setup time, equipment status 
e le relazioni tra queste grandezze per risolvere la condivisione delle risorse 
nella  generazione di uno scheduling ottimale. Quindi, il controllore centrale 
elabora una serie di informazioni derivanti dai controllori del livello 
immediatamente inferiore, che a sua volta ricevono informazioni aggregate 
dal livello sottostante, e cos  via fino ad arrivare al livello piø basso dei 
controllori locali delle singole macchine. 
Negli anni 90 diversi fattori hanno caratterizzato i sistemi manifatturieri, quali: 
• crescita della competitivit , 
• la riduzione del ciclo di vita del prodotto, 
• la proliferazione di nuove tecniche di produzione, 
• l aumento della variet  dei prodotti con conseguente riduzione della 
quantit , 
• i prodotti devono essere a basso costo, di ottima qualit  e ad alta 
affidabilit . 
Le aziende hanno fatto dei grandi investimenti nell ambiente manifatturiero in 
cui operano per cercare di guadagnare un vantaggio competitivo nei 
confronti delle altre imprese concorrenti; ma questi investimenti devono 
essere pianificati in modo ottimale.  
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 7 
Quale architettura di controllo utilizzare per la gestione di un manufacturing 
system? Qual Ł l architettura piø adatta per migliorare il proprio vantaggio 
competitivo sulle aziende concorrenti? Prima di rispondere a queste 
domande occorre analizzare le varie tipologie di architetture di controllo. 
 
0DVWHU
6FKHGXOHU
0DVWHU
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
0DQXIDFWXULQJ 6\VWHP
 
Figura 1-2: Scheduling e controllo di un manufacturing system centralizzato 
 Un architettura compone i sistemi dai componenti . Usando questa 
definizione, si pu  dire che un architettura di controllo compone un sistema di 
controllo partendo dai singoli componenti di controllo. Il sistema di controllo, 
un Automated Manufacturing System (AMS), coordina e dirige le attivit  che 
trasformano materiale grezzo in prodotto finito. Il sistema di controllo, quindi, 
non fa altro che prendere delle decisioni relative a: scheduling e routing delle 
parti ed allocazione delle risorse all interno del sistema produttivo. ¨  la 
funzione dell architettura di controllo che prende queste decisioni 
assegnando le responsabilit  ai componenti di controllo specifici. Cosi , ogni 
singolo componente di controllo Ł caratterizzato da un set limitato di decisioni 
e responsabilit . Inoltre, l architettura di controllo determina le relazioni tra i 
singoli elementi di controllo, quindi stabilisce il meccanismo per la 
coordinazione dell esecuzione delle decisioni. 
Per esempio, un architettura di controllo pu  specificare un componente di 
controllo per la selezione del tipo di parte da caricare successivamente in un 
FMS. La responsabilit  per il controllo del movimento di una parte appena 
caricata, cosi  che si abbia il suo instradamento verso la prima station 
processing, pu  risiedere in un altro elemento di controllo. L architettura pu  
anche stabilire il tipo d interazione tra questi due elementi di controllo; il 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 8 
risultato di questa interazione Ł un attivit  coordinata di carico e distribuzione 
delle nuove parti per il loro processing iniziale. 
Le operazioni dei sistemi manifatturieri riguardano un set di attivit , quali il 
process planning, il controllo della qualit , il controllo del magazzino e lo 
scheduling della produzione. L obiettivo primario dello scheduling Ł 
assicurare che ogni singolo lotto di pezzi sia prodotto nel tempo previsto; per 
raggiungere questo obiettivo Ł importante controllare il tempo speso da ogni 
singolo pezzo per attraversare l intero shop floor. Questo tempo Ł composto 
da quattro componenti: processing time, setup time, travel time, queuing 
time. In base a queste quattro componenti, alla due date e in base allo stato 
dell impianto produttivo viene determinata la sequenza dei pezzi ed i loro 
tempi di produzione. 
Tutti i sistemi manifatturieri operano attualmente in ambienti mutevoli. Le 
difficolt  nella gestione dell evoluzione del sistema stesso sorgono da eventi 
inaspettati, dalla non linearit  delle operazioni di management e da una 
moltitudine di interazioni durante il controllo delle attivit  dello shop floor. 
Una caratteristica dominante dei sistemi manifatturieri Ł la complessit  
crescente che si manifesta nei prodotti da lavorare, nella struttura aziendale 
e nei processi produttivi. Quindi possiamo dire che la complessit  e la 
mutevolezza dell ambiente manifatturiero limitano l efficacia degli approcci 
convenzionali dello scheduling e controllo ([For96]). I tradizionali sistemi CIM 
(Computer Integrated Manufacturing) sono dei sistemi centralizzati, cioŁ un 
database centralizzato fornisce tutte le informazioni globali del sistema nel 
suo complesso, ed un computer centrale, ad esso collegato, elabora lo 
scheduling della produzione e provvede anche al controllo dell impianto. 
L utilizzo di informazioni globali garantisce il raggiungimento dell obiettivo 
prefissato. Tutte le strutture di controllo gerarchico, come il CIM, sono adatte 
per i sistemi stabili, ma le loro prestazioni degradano notevolmente in 
ambienti dinamici e variabili. 
Quindi per realizzare i vari prodotti rispettando i vincoli di costo, qualit  e 
tempo imposti dalle richieste di mercato, il sistema di controllo di un tale 
sistema di produzione deve gestire la complessit  derivante dalla moltitudine 
di attivit  concorrenti da eseguire e di decisioni da prendere in tempo reale, 
garantendo un uso efficiente delle risorse disponibili. 
L approccio tipico del progetto di questi sistemi Ł quello della 
decomposizione del problema in sottoproblemi (detti anche moduli); la 
distribuzione del controllo e delle informazioni e l interazione tra questi moduli 
sono definiti dall architettura del sistema. Questa avr  un impatto significativo 
sulle misure di performance del sistema stesso, sulla distribuzione del flusso 
informativo e sul modo in cui il problema di scheduling Ł decomposto  
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 9 
1.2 Le architetture di controllo 
Il rapido sviluppo delle tecnologie informatiche, la crescita stringente della 
domanda dell’ambiente manifatturiero hanno permesso una crescita delle 
architetture di controllo. Vi sono tre forme base (vedi fig. 1-3).:  

centralizzata, 

propriamente gerarchica  

eterarchica  
Queste tre forme rappresentano l’evoluzione delle architetture di controllo. 
Nella figura i quadratini rappresentano i componenti di controllo, mentre i 
cerchietti rappresentano le entit  manifatturiere (macchine CNC, robots, 
ecc.); le linee di connessione indicano le relazioni tra le entit  fisiche e 
quelle di controllo. Mentre ogni architettura rappresenta un unico approccio 
al progetto del sistema di controllo, il controllo generale delle responsabilit , 
che deve essere eseguito in un AMS (Automated Manufacturing System), 
sono incorporate in ognuno di essi. 
Queste responsabilit  possono essere decomposte in: shop level, cell level e 
machine level. Il primo livello, che riguarda il production planning e lo 
schedule della produzione, determina l’allocazione globale delle risorse in 
base alla produzione. Il cell level si occupa del process planning, della 
allocazione dei task locali e della gestione del magazzino allo interno delle 
celle produttive. Infine il machine level si concentra sulla esecuzione real-
time delle specifiche operazioni sulle parti. 
Gli approcci tradizionali allo shop floor control si basano su architetture 
centralizzate o gerarchiche (vedi figura 1.3). Nel caso dei sistemi 
centralizzati, una singola entit  di controllo centrale prende tutte le decisioni 
del controllo del sistema, dettando tutte le possibili politiche ai subordinati 
( slave ) controllori.  
In un architettura centralizzata, gli eventi sono controllati da un singolo 
computer centrale che schedula e sequenzializza le parti sulle macchine. Un 
guasto all unit  centrale comporta il collasso dell intero sistema ed Ł anche 
difficile apportare delle modifiche in tali sistemi; quest architettura Ł 
utilizzabile solo per sistemi di piccole dimensioni. 
Il controllo gerarchico si basa, invece, sulla decomposizione del problema del 
controllo del sistema assegnando le responsabilit  per problemi di controllo 
piø grandi ai controllori di piø alto livello nella gerarchia e i problemi di 
controllo piø dettagliati ai controllori di piø basso livello gerarchico. Queste 
sono quelle piø usate per il controllo dei sistemi produttivi. Tipicamente ci 
sono diversi livelli di gerarchia; la maggior parte delle responsabilit  e 
dell autorit  sono ricoperte dai livelli piø alti, mentre i livelli piø bassi risolvono 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 10 
dei problemi di piccola entit . Il flusso delle informazioni di comando Ł diretto 
dall alto verso il basso, mentre il flusso delle informazioni sullo stato del 
sistema Ł diretto nel verso opposto, il tutto secondo una rigida relazione 
master/slave. La struttura e l organizzazione di questi sistemi sono fissate in 
uno stadio iniziale della progettazione ed inoltre sono dei sistemi difficili da 
modificare, infatti un imprevista estensione richiederebbe un considerevole 
sforzo. 
Entrambi i sistemi, sia quello centralizzato sia quello gerarchico, soffrono di 
problemi quali, bassa tolleranza ai guasti, complessit  ed insufficiente 
distribuzione delle informazioni. Le entit  decisionali sono normalmente 
lontane dalla sorgente che ha generato i dati di un particolare problema, 
quindi tali sistemi hanno delle difficolt  sulla reazione del sistema al 
verificarsi degli eventi locali. Inoltre, i controllori di piø alto livello vedono i 
problemi ad un livello macro usando una generica rappresentazione delle 
risorse, e quindi non sono capaci di adattarsi alle particolari caratteristiche di 
una risorsa individuale. 
 
)RUPD &HQWUDOL]]DWD
)RUPD *HUDUFKLFD
)RUPD (WHUDUFKLFD
 
Figura 1-3: Le architetture di controllo 
 
In contrasto con l approccio classico, vi sono i sistemi distribuiti che sono 
composti da una rete di controllori autonomi, con ognuno le sue capacit  ed il 
proprio dominio di controllo. I controllori di tali sistemi sono responsabili delle 
attivit  di una risorsa individuale o del flusso all interno del sistema produttivo 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 11 
di un dato prodotto risolvendo dei problemi di ridotta complessit  dovuta al 
piccolo dominio.  
Le performance di questi sistemi non sono dettate da un unit  centrale o da 
un supervisor ma piuttosto emerge dalle azioni e dalle interazioni dei 
controllori individuali del sistema.   
Indipendentemente dal tipo di architettura in esame, possiamo dire che le 
caratteristiche principali che deve possedere un sistema di controllo sono: 
• flessibilit  di produzione , cioŁ la capacit  di modificare la produzione in 
tempi brevi e senza costi eccessivi in funzione delle nuove esigenze del 
mercato o dell introduzione di nuove tecnologie oppure in seguito al 
verificarsi di eventi imprevisti; 
• modularit , cioŁ la capacit  di rimuovere e sostituire singole parti del 
sistema in modo semplice ed economico senza influire in modo 
significativo sul resto del sistema; 
• tolleranza ai guasti, cioŁ la propriet  di rendere il sistema capace di 
funzionare anche in presenza di guasti. 
L esigenza di conseguire tali obiettivi ha portato i ricercatori nel campo del 
controllo operativo (shop floor control) di un sistema di produzione, ad 
abbandonare l approccio centralizzato per orientarsi verso modelli 
architetturali di tipo distribuito. 
La competizione tra le aziende, oggi si basa sulla riduzione dei costi, sulla 
flessibilit  e sulla qualit  dei prodotti. Questo avr  un impatto rilevante sul 
sistema produttivo, che dovrebbe adattarsi facilmente al fattore 
dell incertezza fornendo la necessaria flessibilit . Questo fatto richiede un 
sistema di controllo altamente distribuito, autonomo ed intelligente per fornire 
un alta flessibilit  ed una risposta real time alle turbolenze. La necessita  di 
progettare sistemi con queste caratteristiche ha condotto verso le architetture 
eterarchiche ed allo sviluppo dei principi di progettazione delle stesse.  
Un architettura completamente distribuita, come quella mostrata in figura 1-4, 
Ł caratterizzata da un elevata autonomia delle entit  con una minima 
conservazione delle informazioni globali dell intero sistema. Le entit  di 
questa struttura non hanno bisogno di conoscere il piano produttivo e le 
capacita  tecnologiche delle altre entit  del sistema, questo a tutto vantaggio 
di una riduzione della complessit  del problema, di una minimizzazione delle 
informazioni globali ed una maggiore tolleranza ai guasti. Occorre osservare, 
per , che le decisioni prese localmente dalle singole entit  non assicurano il 
raggiungimento in modo ottimo dell obiettivo dell intero sistema; ma tramite la 
cooperazione tra queste Ł possibile assicurare un comportamento del 
sistema verso il raggiungimento di una soluzione ottimale. 
 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 12 
 
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
&RQWUROOHU
/RFDO
6FKHGXOHU
/RFDO
6FKHGXOHU
/RFDO
6FKHGXOHU
/RFDO
6FKHGXOHU

	
 

 
Figura 1-4: Architettura di controllo eterarchica 
In un sistema di controllo centralizzato un singolo computer, su cui Ł in 
esecuzione il software di controllo, controlla tutte le risorse presenti nel 
sistema e gestisce le attivit  svolte su di esse, assorbendo da solo un carico 
computazionale, in termini di operazioni ed informazioni elaborate 
simultaneamente, sempre piø elevato all aumentare della crescita 
dell impianto controllato. Questo accentramento del controllo presenta alcuni 
inconvenienti: l elevata complessit  del software di controllo con relativi 
problemi di progettazione, manutenzione ed aggiornamento del codice; la 
presenza di un unico punto di controllo dell intero impianto, il calcolatore 
centrale, che in caso di guasto porterebbe alla paralisi dell impianto. 
Nei modelli architetturali di tipo distribuito, il sistema di controllo non Ł 
costituito da un singolo programma monolitico, ma si presenta come un 
insieme di moduli software di controllo distinti, dislocati in punti diversi su piø 
calcolatori connessi tra loro da una rete di comunicazione. Questi modelli 
considerano il sistema di controllo come una raccolta di singoli moduli o unit  
e descrivono per ciascuno di essi le informazioni possedute, le responsabilit  
di controllo assegnate e le interazioni tra i singoli moduli necessarie per 
coordinare le attivit  svolte dall intero sistema. 
L approccio distribuito rispetto a quello di tipo centralizzato presenta dei 
significativi vantaggi: 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 13 

riduzione delle attivit  svolte e delle informazioni raccolte da ogni singolo 
modulo di controllo, con conseguente alleggerimento del carico 
computazionale su ogni unit  di elaborazione; 

maggiore tolleranza ai guasti, grazie al contenimento del guasto in una 
porzione limitata dell impianto controllato; 

possibilit  di eseguire in parallelo attivit  diverse attraverso l utilizzo di 
singoli calcolatori con un aumento della  velocit  di risposta; 

la possibilit  di sviluppare software di tipo modulare semplificando la 
sostituzione o l aggiunta di singoli moduli di controllo nel caso di variazioni 
del sistema controllato. 
Di seguito saranno descritte le principali caratteristiche della struttura di 
controllo gerarchica, di quella centralizzata e di quella interamente distribuita, 
detta eterarchica. 
 
 
 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 14 
1.3 L Architettura Gerarchica 
 
L architettura gerarchica Ł stata la prima tipologia di architettura di controllo 
che Ł stata proposta. Essa si basa sul principio della decomposizione del 
problema generale, task complesso, in diversi sottoproblemi meno 
complessi, detti sottotask, fino ad una suddivisione in attivit  sempre piø 
semplici, dette  atomiche . I singoli task in parte vengono eseguiti localmente 
dal singolo controllore ed in parte sono affidati ad uno o piø subordinati 
consentendo cos  l esecuzione in parallelo, mentre le attivit  atomiche sono 
eseguite dalle risorse disponibili. 
Questo tipo di suddivisione porta alla costruzione di una struttura piramidale 
suddivisa in piø livelli (vedi figura 1-5), dove il numero di livelli in cui viene 
scomposto un task varia in base alla complessit  ed alla dimensione del 
problema in esame. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1-5: Struttura di controllo gerarchica 
 
Nel contesto di uno shop floor control, un architettura di controllo pu  fornire 
sia un programma per il progetto e la realizzazione di un sistema di controllo 
di un impianto sia le relazioni tra gli inputs e gli outputs del sistema stesso. 
Albus et al. (1981) descrive un sistema ci controllo gerarchico ed identifica 
tre linee guida per lo sviluppo di un controllo di produzione di questo tipo: 
Task A 
Task1 Task2 
Task6 Task5 Task4 Task3 
Livello 0 
Livello 2 
Livello n 
Livello 1 
Cap.1 Classificazione delle Architetture di Controllo 
 15 
1. i livelli sono introdotti per ridurre la complessit ; 
2. ogni livello  ha un orizzonte progettuale che decresce man mano che si 
scende di livello (dall alto verso il basso) gerarchico; 
3. il controllo risiede nel piø basso livello possibile. 
Il sistema di controllo di Albus et al. introduce il concetto di  integrazione 
delle informazioni , residenti nei livelli piø alti, che vengono poi decomposte 
in informazioni piø dettagliate, e quindi meno aggregate, nei livelli piø bassi, 
ed il concetto di  feedback delle informazioni  sullo stato del sistema dal 
livello piø basso a quello piø alto per il controllo real time delle azioni. 
Il National Institute of Standard and Technology (NIST) ha sviluppato un 
Automated Manufacturing Research Facility (AMRF) dal 1981 proposta come 
banco di prova (testbed) per la ricerca diretta verso lo sviluppo di standard 
nel campo della produzione flessibile ([Jon86]). Essa consiste di cinque 
livelli: facility, shop, cell, workstation ed equipment. Il livello piø alto, facility, 
integra le attivit  di tipo gestionale, di progettazione dei prodotti e di 
pianificazione della produzione. Il secondo livello, Shop, si riferisce ad ogni 
singolo impianto o officina  e gestisce in tempo reale il coordinamento delle 
risorse e dei job attraverso due moduli distinti: il gestore dei task ed il gestore 
delle risorse. Il livello successivo, Cell, si occupa della gestione delle singole 
celle di lavoro eseguendo le attivit  di pianificazione dinamica, di scheduling, 
di routing, di sequencing, di allocazione delle risorse e di risoluzione dei 
conflitti nel trasferimento di utensili e materie prime richiesti per la produzione 
dei singoli pezzi. Il livello workstation dirige e coordina le attivit  di una 
stazione di lavoro ed infine il l ultimo livello, Equipment, comprende le unit  
che controllano direttamente le varie risorse fisiche dell impianto (macchine 
utensili, ecc.) necessarie per l esecuzione pratica delle attivit  di lavorazione. 
Come evoluzione dell AMRF, il NIST ha proposto il Manufacturing Systems 
Integration (MSI), in cui, discutendo dell eccessiva rigidit  del modello 
originario, vengono definiti solo tre livelli di controllori: equipment, workcell e 
shop ([Hob]). Inoltre, in questo documento, viene affermato che Ł possibile 
costruire una struttura gerarchica di profondit  arbitraria usando questi tre tipi 
di controllori.  
Il concetto di utilizzare questi tre livelli guida per costruire un architettura 
gerarchica, viene utilizzato da J. Smith et al. ([Smi92]) che definiscono questi 
tre livelli come  livelli naturali  ([Jon90]): partendo dal basso della gerarchia 
incontriamo il livello equipment, poi workstation ed infine il livello shop (vedi 
figura 1-6).  
L equipment level Ł costituito dalle apparecchiature fisiche e c Ł una 
corrispondenza uno a uno tra i controllori di questo livello e le macchine del 
shop floor. Il workstation level Ł definito dal layout del livello sottostante.