A computer-based product classification and component detection for demanufacturing processes

This is an Author's Accepted Manuscript of an article published in International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 24(10), 900-914, 2011 [copyright Taylor & Francis], available online at: http://www.tandfonline.com/10.1080/0951192X.2011.579169.The aim of this paper is to propose a novel computer-based product classification, component detection and tracking for demanufacturing and disassembly process. This is achieved by introducing a series of automated and sequential product scanning, component identification, image analysis and sorting – leading to the development of a bill of material (BOM). The produced BOM can then be associated with the relevant disassembly/demanufacture proviso. The proposed integrated image sorting and product classification (ISPC) approach can be considered as a step forward in automation of demanufacturing activities. The ISPC model proposed in this paper utilises and builds on the state-of-the-art technology and current body of research in computer-integrated demanufacturing and remanufacturing (CIDR). An appraisal of the latest research material and the factors that inhibit CIDR methods inpractice are presented. A novel solution for the integration of imaging and material identification techniques toovercome some of the existing shortcomings of automated recycling processes is proposed in this paper. The proposed product scanning and component detection ISPC software consists of four distinct models: the repertory database, the search engine, the product-attributes updater and the image sorting and classification algorithm. The software framework that integrates the four components is presented in this paper. Finally, an overall assessment of applying ISPC at various stages of CIDR processes concludes the article.University of Ibadan MacArthur Foundation Gran

Modeling, design and scheduling of computer integrated manufacturing and demanufacturing systems

This doctoral dissertation work aims to provide a discrete-event system-based methodology for design, implementation, and operation of flexible and agile manufacturing and demanufacturing systems. After a review of the current academic and industrial activities in these fields, a Virtual Production Lines (VPLs) design methodology is proposed to facilitate a Manufacturing Execution System integrated with a shop floor system. A case study on a back-end semiconductor line is performed to demonstrate that the proposed methodology is effective to increase system throughput and decrease tardiness. An adaptive algorithm is proposed to deal with the machine failure and maintenance. To minimize the environmental impacts caused by end-of-life or faulty products, this research addresses the fundamental design and implementation issues of an integrated flexible demanufacturing system (IFDS). In virtue of the success of the VPL design and differences between disassembly and assembly, a systematic approach is developed for disassembly line design. This thesis presents a novel disassembly planning and demanufacturing scheduling method for such a system. Case studies on the disassembly of personal computers are performed illustrating how the proposed approaches work

A Scatter Search Approach for Multiobjective Selective Disassembly Sequence Problem

Disassembly sequence has received much attention in recent years. This work proposes a multiobjective optimization of model for selective disassembly sequences and maximizing disassembly profit and minimizing disassembly time. An improved scatter search (ISS) is adapted to solve proposed multiobjective optimization model, which embodies diversification generation of initial solutions, crossover combination operator, the local search strategy to improve the quality of new solutions, and reference set update method. To analyze the effect on the performance of ISS, simulation experiments are conducted on different products. The validity of ISS is verified by comparing the optimization effects of ISS and nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-II)

Génération des séquences de désassemblage et leur évaluation : Intégration dans un environnement de réalité virtuelle

Integration of disassembly operations during product design is an important issue today. It is estimated that at the earliest stages of product design, the cost of disassembly operations almost represents 30 % of its total cost. Nowadays, disassembly operation simulation of industrial products finds a strong interest in interactive simulations through immersive and real-time schemes. In this context, in the first place, this thesis presents a method for generating the feasible disassembly sequences for selective disassembly. The method is based on the lowest levels of a disassembly product graph. Instead of considering the geometric constraints for each pair of components, the proposed method considers the geometric contact and collision relationships among the components in order to generate the so-called Disassembly Geometry Contacting Graph (DGCG). The latter is then used for disassembly sequence generation thus allowing the number of possible sequences to be reduced by ignoring any components which are unrelated to the target. A simulation framework was developed integrated in a Virtual reality environment thus allowing generating the minimum number of possible disassembly sequences. Secondly, a method for disassembly operation evaluation by 3D geometric removability analysis in a Virtual environment is proposed. It is based on seven new criteria which are: visibility of a part, disassembly angles, number of tools' changes, path orientation changing, sub-assembly stability, neck score and bending score. All criteria are presented by dimensionless coefficients automatically calculated, thus allowing evaluating disassembly sequences complexity. For this purpose, a mixed virtual reality disassembly environment (VRDE) is developed based on Python programming language, utilizing VTK (Visualization Toolkit) and ODE (Open Dynamics Engine) libraries. The framework is based on STEP, WRL and STL exchange formats. The analysis results and findings demonstrate the feasibility of the proposed approach thus providing significant assistance for the evaluation of disassembly sequences during Product Development Process (PDP). Further consequences of the present work consist in ranking the criteria according to their importance. For this purpose, moderation coefficients may be allocated to each of them thus allowing a more comprehensive evaluating method.De nos jours, l'intégration des opérations de désassemblage lors de la conception des produits est un enjeu crucial. On estime que dans la phase initiale de la conception d'un produit, le coût des opérations de désassemblage représente environ 30% de son coût total. Ainsi, la simulation des opérations de désassemblage de produits industriels trouve un fort intérêt pour des simulations interactives grâce à des programmes d'immersion et en temps réel. Dans ce contexte, dans un premier temps, cette thèse présente une méthode de génération des séquences de désassemblage possibles pour le désassemblage sélectif. La méthode est basée sur les niveaux les plus bas du graphe de désassemblage des produits. Au lieu de considérer les contraintes géométriques pour chaque paire de composants, la méthode proposée tient compte des contacts (relations géométriques entre les composants) et des collisions afin de générer le Graphe Géométrique de Contacts et de Désassemblage (DGCG). Celui-ci est ensuite utilisé pour la génération des séquences de désassemblage permettant ainsi de réduite le nombre de séquences possibles en ignorant les composants non liés avec la cible. Une application de simulation a été développée, intégrée dans un environnement de réalité virtuelle (RV) permettant ainsi la génération du nombre minimum de séquences possibles de désassemblage.Dans un second temps, une méthode d'évaluation des opérations de désassemblage par analyse géométrique 3D de l'amovibilité dans un environnement RV est proposée. Elle est basée sur sept nouveaux critères qui sont: la visibilité d'une pièce, les angles de désassemblage, le nombre des changements d'outils, le changement d'orientation des trajectoires, la stabilité des sous-ensembles, les angles de rotation du cou et flexion du corps. Tous ces critères sont présentés par des coefficients sans dimension calculés automatiquement par l'application développée, permettant ainsi d'évaluer la complexité des séquences de désassemblage. A cet effet, un environnement mixte de réalité virtuelle pour le désassemblage (VRDE) est développé, basé sur le langage de programmation Python, en utilisant deux bibliothèques : VTK (Visualisation Toolkit) et ODE (Open Dynamics Engine), les formats d'échange étant fichiers: STEP, WRL et STL. L'analyse des résultats obtenus démontrent la fiabilité de l'approche proposée fournissant ainsi une aide non négligeable pour l'évaluation des séquences de désassemblage lors de processus de développement de produits (PDP). Les autres conséquences de ce travail consistent à classer les critères en fonction de leur importance. A cet effet, des coefficients de modération peuvent être attribués à chacun d'eux permettant ainsi une méthode d'évaluation plus complète

Automatic Disassembly Task Sequence Planning of Aircrafts at their End-of-Life

RÉSUMÉ Une prise de conscience des problèmes environnementaux à l'échelle mondiale ainsi que des avantages économiques a stimulé les chercheurs à trouver les possibilités de réutiliser et de recycler les produits en fin de vie. Chaque année plusieurs centaines d'avions atteignent globalement fin de leur navigabilité et doivent être retirés du service actif. De ce fait, une attention accrue est maintenant accordée à la fin de vie des avions. Désassemblage joue un rôle important dans la prise de décision de fin de vie. La faisabilité économique du processus de démontage avec beaucoup d'incertitudes est une préoccupation majeure limitant sa mise en oeuvre dans la pratique de l'industrie. De nombreuses recherches dans le domaine de la planification et des opérations de processus de démontage a été fait, qui visent de plus en plus la faisabilité économique du démontage avec la réduction des temps de démontage de proposer des séquences de démontage optimisées. Par conséquent, ces dernières années, de nombreux chercheurs ont publié des articles sur la planification de la séquence de démontage des produits en fin de vie qui est un problème NP-complet optimisation combinatoire. Néanmoins, il y a eu un peu d'attention à la planification de la séquence de démontage d'avions en fin de vie. Cette thèse aborde la planification de séquence de démontage des pièces réutilisables d'avions en fin de vie avant le démantèlement pour le recyclage. Puisque les composants récupérés vont être utilisés à nouveau, une approche non-destructive tout en respectant les instructions fournies dans le manuel d'entretien d'avion intitulé « Aircraft Maintenance Manuel » (AMM) pour le retrait des pièces est prise en considération. Ordonnancement de désassemblage dans cette recherche ne traite pas le séquençage le démontage des pièces comme dans d'autres études, mais il planifie séquence de tâches de démontage dans l'AMM. Une tâche de démontage consiste combinaison d'opérations pour la préparation du démontage ou le procède de démontage pour un ou plusieurs pièces. Tout d'abord, un modèle de séquençage de démontage est proposé par l'examen structure des tâches de démontage dans l'AMM. Ensuite, un code Matlab est développé qui lit la base de données énuméré des tâches et sous-tâches qui sont acquises à partir de l'AMM et génère la séquence de démontage des tâches et sous-tâches automatiquement en utilisant le modèle proposé. Le code est capable de générer des séquences de désassemblage de tâches pour n’importe quelle pièce sollicitée.----------ABSTRACT An awareness of the world’s environmental problems plus economic benefits has stimulated researchers to seek the opportunities to reuse and recycle end-of-life (EOL) products. Each year hundreds of aircraft globally reach end of their airworthiness and should be withdrawn from active service. Due to this fact, increased attention is now being paid to EOL of aircrafts. Disassembly plays an important role in EOL decision making. The economic feasibility of the disassembly process with lots of uncertainties is a main concern limiting its implementation in industry practice. Many researches in the field of disassembly process planning and operations has been done that aim increasing economic feasibility of disassembly with reducing disassembly times with proposing optimized disassembly sequences. Consequently, in recent years, many scholars have published articles on disassembly sequence planning of EOL products that is a NP-complete combinatorial optimization problem. Nevertheless, there has been a scant attention towards disassembly sequence planning of EOL aircrafts. This thesis addresses disassembly sequence planning of reusable components of EOL aircrafts before dismantling it for recycling. Since retrieved components are going to be used again, a nondestructive approach with respecting all instructions provided in aircraft maintenance manual (AMM) for removal of parts is taken into consideration. Disassembly scheduling in this work does not deal with scheduling disassembly of components as in other works but it schedules sequence of removal Tasks in AMM. A removal task consists combination of operations for preparation of disassembly or process of disassembly for a part or multiple parts. At first, a disassembly sequencing model with considering structure of disassembly tasks in AMM is proposed. Afterwards a Matlab code is developed which reads from enumerated database of tasks and subtasks that are acquired from AMM and generates disassembly sequence of tasks and subtasks automatically using the proposed model. The code is capable of generating disassembly sequences of tasks for any given removal task of solicited part. Finally, a greedy and an adaptive greedy algorithm are proposed to optimize disassembly sequence of tasks with minimizing changes in visited zones of disassembly operations. Results generated in Matlab code, suggests effectiveness of proposed adaptive greedy algorithm

Assessment of VR Technology and its Applications to Engineering Problems

Virtual reality applications are making valuable contributions to the field of product realization. This paper presents an assessment of the hardware and software capabilities of VR technology needed to support a meaningful integration of VR applications in the product life cycle analysis. Several examples of VR applications for the various stages of the product life cycle engineering are presented as case studies. These case studies describe research results, fielded systems, technical issues, and implementation issues in the areas of virtual design, virtual manufacturing, virtual assembly, engineering analysis, visualization of analysis results, and collaborative virtual environments. Current issues and problems related to the creation, use, and implementation of virtual environments for engineering design, analysis, and manufacturing are also discussed

Modélisation des tâches pour la récupération de pièces réutilisables sur un avion en fin de vie

"RÉSUMÉ:" La problématique du traitement en fin de vie des aéronefs traite de défis technologiques et environnementaux. Différentes issues de fin de vie sont proposées au(x) propriétaire(s) d‟appareil aérien ayant chacune leurs incidences positives ou négatives sur les 3 sphères du développement durable. Le processus de traitement en fin de vie des avions comprend principalement 4 étapes majeures : la sécurisation, le désassemblage de pièces et équipements, le démantèlement de la carcasse restante et enfin la valorisation des matériaux et/ou leur enfouissement. Dans ce travail, l‟étape de désassemblage des pièces réutilisables en vue de leur introduction sur le marché de seconde main est abordée. La réutilisabilité d‟une pièce extraite d‟un aéronef, jugé désuet, est conditionnelle au respect de toutes les procédures de maintenance applicables en désassemblage. Lors de la récupération massive de pièces destinées à une seconde vie, il est nécessaire de fusionner l‟ensemble des procédures en une démarche optimisée et rationnelle. Les tâches de maintenance exécutables sur un appareil aérien sont regroupées dans le manuel intitulé « Aircraft Maintenance Manuel » (AMM) propre à chaque appareil. Le but de ce travail de recherche est d‟organiser le désassemblage de ces équipements réutilisables à partir d‟un modèle, sur lequel viennent s‟établir des stratégies de désassemblage structurées et optimisées. La littérature regorge de travaux à propos du désassemblage (basée ou non sur des méthodes d‟assemblage) présentant chacune leur propre stratégie de résolution ou d‟optimisation. Le problème du désassemblage de pièces réutilisables est sélectif et non destructif. Il ne s‟agit pas d‟élaborer des séquences d‟opérations puisqu‟elles sont dictées au sein des tâches du manuel. Il s‟agit d‟ordonner les tâches de maintenance entre elles en fonction de leur zone d‟exécution et de leur préparation (exécution de tâches préliminaires). L‟analyse de la littérature existante ne permet pas de trouver une méthode adaptée au problème posé. Ainsi, des aspects des méthodes graphiques, de la propagation par vague, et des réseaux de Petri appliquées au désassemblage sont repris pour définir le modèle. Le modèle proposé est une représentation de l‟ensemble du travail à effectuer sur l‟appareil (l‟ensemble des tâches à réaliser pour le désassemblage des équipements) devant servir de support aux stratégies de résolution visant une collaboration des techniciens en désassemblage. Deux stratégies d‟utilisation en désassemblage sont proposées, une première basée sur la théorie des graphes, et une seconde basée sur une heuristique de résolution. L‟alimentation du modèle peut se faire automatiquement à partir du manuel « Aircraft Maintenance Manual ».----------"ABSTRACT:" The problem of processing end-of-life aircrafts concerns some technological and environmental challenges. Different possibilities are offered to the owner(s) of an end-of-life aircraft, each with its positive and negative aspects on the 3 spheres of sustainable development. The end-of-life process includes 4 major steps: decontamination, disassembly of parts, the dismantling of the remaining carcass and finally the recovery of materials and/or landfill. In this work, the disassembly of reusable parts for their introduction on the second-hand market is discussed. Reusability of parts extracted from a plane is conditional upon compliance with all applicable maintenance procedures in disassembly step. When dismantling many parts (reusable parts), it is necessary to merge all procedures in order to obtain an optimized and rational approach. Maintenance tasks run on a plane are grouped in the manual entitled "Aircraft Maintenance Manual" (AMM). The purpose of this research is to organize the disassembly of reusable equipments with a model, on which strategies structured and optimized can be developed (in disassembly). The literature abounds about disassembly works (based or not on assembly methods) each having their own strategy of resolution or optimization. The disassembly problem of reusable parts is selective and non destructive. It is not about developing sequences of operations (given in the maintenance manual by the tasks), but arranging maintenance tasks together. Execution zone and tasks preparation (preliminary tasks) are important criteria. The analysis of the actual literature does not find a suitable method for the problem. Thus, aspects of graphical method, wave propagation approach, and Petri nets approach in disassembly applications are considered to define the model. The proposed model is a representation of the entire work which has to be done on the airplane (set of tasks to be performed for dismantling equipments). Moreover, it has to support different strategies for “solving” a disassembly, and guaranteeing collaboration between technicians. Two strategies are proposed, the first one based on graphs theory, and the second one based on a heuristic resolution. Data acquisition (model inputs) can be done automatically from the book "Aircraft Maintenance Manual"

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 2

These proceedings contain papers presented at the NASA Conference on Space Telerobotics held in Pasadena, January 31 to February 2, 1989. The theme of the Conference was man-machine collaboration in space. The Conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for application of telerobotics technology to the space systems planned for the 1990s and beyond. The Conference: (1) provided a view of current NASA telerobotic research and development; (2) stimulated technical exchange on man-machine systems, manipulator control, machine sensing, machine intelligence, concurrent computation, and system architectures; and (3) identified important unsolved problems of current interest which can be dealt with by future research