Adaptations to a fluctuating market and intensified customer demands for unique products are a challenge for manufacturers. Manual manufacturing is still the most flexible, nevertheless, automation ensures stable quality, minimizes wear and tear of the operators, and contributes to a safer and better working environment as the distance between the operator and the process can be increased and screened off. Hence, the manufacturing industry is searching for human-centric automation solutions that are flexible enough to handle these challenges. Conventional automation is tailored for one or a few similar variants of products, in addition, increased flexibility implies increased complexity to handle. This licentiate thesis demonstrates a flexible Plug & Produce automated manufacturing concept where the complexity is redirected to focus on the products and manufacturing processes by utilizing artificial intelligence. Together with digital threads that connect the product design to automatic manufacturing that enables manufacturing companies to manage new production scenarios with their in-house knowledge. Data is picked directly from the computer-based design of the products and process knowledge that normally exists within the manufacturing company is added through graphical user interfaces. The graphical configuration tools visualize the flow of sequential and parallel manufacturing operations together with process-bound information. Plug & Produce relies on pluggable process modules with re-cyclical manufacturing resources that can be plugged in and out as needed. As an example, a module with a robot can be plugged in to help an existing robot and thereby balance the production capacity. In Plug & Produce resources start working and cooperate with other resources automatically when they are plugged in. To achieve this, the resources are provided with distributed artificial intelligence together with intelligent products that know how to be finalized. In this concept, everything is digitally configurable by the in-house knowledge of the manufacturing companies. A Plug & Produce test bed was built to verify the concept in cooperation with industrial representatives.

Denna licentiatavhandling påvisar ett koncept för att öka flexibiliteten och samtidigt rikta om komplexiteten i automatiserade produktionssystem hos tillverkande företag på ett sätt så att deras interna personal på egen hand kan ställa om tillverkningen mot nya produkter. Anpassningar till marknadens fluktuationer och efterfrågan av nya unika produkter är en ständigt pågående process. Alltmer av produktionen flyttas tillbaka till Sverige och övriga Europa vilket ökar efterfrågan på flexibel och omställbar automation. Automation håller nere prisnivån då arbetskraften är dyr, säkerhetsställer jämn kvalité, minimerar förslitningsskador på de anställda och bidrar till säkrare och trevligare arbetsmiljö då distansen mellan operatör och process kan ökas och avskärmas. Produktion som flyttas till hemmamarknaden från låglöneländer ersätter ofta högflexibel och anpassningsbar manuell tillverkning vilket är en stor utmaning för industrin. Ett Plug & Produce koncept för automatiserad tillverkning utvecklas och beskrivs i denna avhandling där automationen enkelt kan ställas om av den interna personalen och anpassas till nya produkter. Omställning med hjälp egen personal möjliggörs genom att så mycket information som möjligt utvinns från produktens datorbaserade design. Processkunskap som normalt besitts inom det tillverkande företaget adderas därtill med hjälp av grafiska användarinterface som visar flödet av tillverkningsoperationer tillsammans med processpecifika uppgifter såsom mått, bearbetningshastigheter, temperaturer och färg. Plug & Produce system är uppbyggda kring processmoduler med tillverkningsresurser som kan pluggas in och ut efter behov. Till exempel kan en modul med en robot pluggas in för att avlasta befintlig robot och därmed öka produktionshastigheten. Specialdesignade resurser kan pluggas in för att öka effektiviteten och minimera energikonsumtionen. För att den inpluggade processmodulen självmant skall börja jobba och samarbeta med de andra modulerna är den försedd med egen lokal artificiell intelligens. Dessa processmoduler kan tack vare sin intelligens pluggas in i olika Plug & Produce system och är därmed återvinningsbara i nya system. Intelligensen kan vara lokalt placerad i en dator på resursen eller i datormolnet kopplat till resursen. På samma sätt kan produkterna förses med intelligens och kallas då för smarta produkter. Dessa produkter har som mål att bli färdigproducerade genom delmål i form av tillverkningsoperationer. Denna intelligens förses med kunskap och erfarenheter av personalen inom det tillverkande företaget genom användarvänliga interface. När användarvänligheten Plug & Produce testbädd har byggts upp tillsammans med representanter frånprefabricerade trähusindustrin. Tillverkning av prefabricerade trähus är i idag ihög grad manuell då existerande automationslösningar inte är flexibla nog eftersom husen är i hög grad är kundanpassade. Arbetet som beskrivs i denna avhandling gynnar trähusindustrin och därmed klimatet då trä binder kol för en lång tid framåt.

Increasing demand for rapid product variation and customization requires automation that can be reconfigured efficiently without extensive reliance on external expertise. Part-specific information is typically embedded in application programs of traditional control systems, making adaptation to new products complex and time-consuming.

The contributions of this thesis are a humancentric, configurable, multi-agent control system at the machine level for nextgeneration Plug & Produce. The agent's intelligence is enhanced by utilizing automated AI planning for transfer tasks. Part-dependent data are relocated from control logic to product configurations and are performed from the part and process perspectives rather than from programming resource functionalities. Manufacturers extract part data from CAD models and incorporate process knowledge via graphical user interfaces, enabling them to configure systems for new products without specialized programming skills.

An approach that opens the door for creative operators to handle the next-generation, human-centric Plug & Produce system. Integrating agents into robot control systems and other external control systems via device primitives makes these systems flexible and independent of part-specific data. A new part agent strategy allows concurrent resources to be plugged in to balance capacity. Low-level controls imply high realtime demands, which are met through short negotiation processes via abstract interfaces that match real interfaces on resource agents, efficient agent communication, and fast automated AI planners. 

Denna doktorsavhandling presenterar ett koncept som är avsett att öka flexibiliteten i framtidens Plug & Produce-system för automatisk tillverkning. Behovet av flexibla och omställbara automationslösningar är stort, då snabba förändringar krävs för att möta en alltmer dynamisk marknad med växande efterfrågan på nya och unika produkter.

Automation bidrar till lägre kostnader genom att minska behovet av arbetskraft, samtidigt som den säkerställer jämn kvalitet, minimerar förslitningsskador och skapar en säkrare och mer trivsam arbetsmiljö genom att öka avståndet mellan operatör och tillverkningsprocess. Att ersätta högflexibel manuell produktion med automatiserade lösningar är dock en betydande utmaning. Som ett svar på detta presenteras en ny generation av konceptet Plug & Produce, ett system som kan ställas om av den tillverkarnas egen personal, för att snabbt och enkelt anpassas till nya produkter och ordersituationer. Operatörernas roll blir mer kreativ när de själva kan anpassa produktionen av nya artiklar och balansera kapaciteten. Traditionellt utvecklas automationssystem av ingenjörer för ingenjörer, med fokus på den tekniska konstruktionen av utrustningen, vilket ofta kräver extern expertis vid förändringar. Genom att konfigurera automationen utifrån produkterna och deras tillverkningsprocesser, förflyttas kompetensbehovet till ett område där de tillverkande företagen redan besitter expertis.  Så mycket information som möjligt extraheras direkt från produktens digitala design. Processkunskap tillförs via grafiska användargränssnitt som styr tillverkningsflödet och hanterar specifika parametrar såsom mått, bearbetningshastigheter, temperaturer och färg.

Plug & Produce-system är uppbyggda kring inpluggningsbara resurser. Till exempel kan en modul med en robot pluggas in för att samarbeta med befintlig robot och därmed öka produktionskapaciteten. Specialdesignade resurser kan pluggas in för att öka effektiviteten och minimera energikonsumtionen. För att den inpluggade resursen självmant skall börja jobba och samarbeta med övriga resurser är den försedd med egen lokal artificiell intelligens som kan förhandla fram vilken resurs som är mest lämpad för en uppgift. Resurserna kan också automatiskt planera för verktygsbyten och sidoflöden såsom materialtransporter. Dessa resurser kan tack vare sin intelligens pluggas in i olika Plug & Produce-system och är därmed återvinningsbara i nya system, vilket gagnar miljön. På samma sätt förses produkterna med intelligens och kallas då för smarta produkter. Dessa produkter har som mål att bli färdigproducerade genom delmål i form av tillverkning och monteringsprocesser.

Plug & Produce-testbäddar har byggts upp tillsammans med representanter från tillverkningsindustrin för att verifiera teorierna. Bland annat en testbädd för väggsektioner till prefabricerade trähus samt en testbädd som plockar ihop material i kitt som skickas ut till monteringslinor. Båda testbäddarna är exempel på applikationer där hög flexibilitet krävs då variationen av det som skall tillverkas eller kittas är stor.