Intelligent systems in manufacturing: current developments and future prospects

Global competition and rapidly changing customer requirements are demanding increasing changes in manufacturing environments. Enterprises are required to constantly redesign their products and continuously reconfigure their manufacturing systems. Traditional approaches to manufacturing systems do not fully satisfy this new situation. Many authors have proposed that artificial intelligence will bring the flexibility and efficiency needed by manufacturing systems. This paper is a review of artificial intelligence techniques used in manufacturing systems. The paper first defines the components of a simplified intelligent manufacturing systems (IMS), the different Artificial Intelligence (AI) techniques to be considered and then shows how these AI techniques are used for the components of IMS

Handbook of Computational Intelligence in Manufacturing and Production Management

Artificial intelligence (AI) is simply a way of providing a computer or a machine to think intelligently like human beings. Since human intelligence is a complex abstraction, scientists have only recently began to understand and make certain assumptions on how people think and to apply these assumptions in order to design AI programs. It is a vast knowledge base discipline that covers reasoning, machine learning, planning, intelligent search, and perception building. Traditional AI had the limitations to meet the increasing demand of search, optimization, and machine learning in the areas of large, biological, and commercial database information systems and management of factory automation for different industries such as power, automobile, aerospace, and chemical plants. The drawbacks of classical AI became more pronounced due to successive failures of the decade long Japanese project on fifth generation computing machines. The limitation of traditional AI gave rise to development of new computational methods in various applications of engineering and management problems. As a result, these computational techniques emerged as a new discipline called computational intelligence (CI)

A Framework for Intelligent Inventory Prediction in Small and Medium- Scale Enterprise

The aim of this research is to apply an intelligent technique to predict optimal inventory quantity in small and medium-scale enterprise. This is in view of the fact that the conventional models such as the EOQ model use only deterministic while some decision variables are non- deterministic in nature. Forecasted average demand of items for ten months in a small-scale retail outlet was collected and trained using an Artificial Neural Networks (ANN) of 5 neurons in the input layer with eight neurons in the first hidden layer and four neurons in the second hidden layer. Two feed-forward training algorithms of quasi-newton and quick propagation were employed in the training with the results of fuzzy logic technology found in the literature as the target output. Results obtained show that the quasi-newton algorithm covaries stronger with the fuzzy logic results than the quick propagation results. The objective and subjective feelings of the inventory manager were also captured to optimise the results of the training. The study is at a framework stage and will proceed to implementation level when more datasets are collected. Data collection in a small-scale outlet is a daunting task as record keeping is hardly done. The inclusion of non-deterministic circumstances such as emotional and objective feelings of the inventory manager to predict inventory is novel considering the fact that studies in the available intelligent inventory prediction have not employed such variables in their predictions. Keywords: Artificial Neural networks, Fuzzy logic, Quasi newton, Quick propagation, EOQ, Inventory, Forecast. DOI: 10.7176/EJBM/13-2-03 Publication date: January 31st 202

A framework for intelligent inventory prediction in small and medium- scale enterprise.

The aim of this research is to apply an intelligent technique to predict optimal inventory quantity in small and medium-scale enterprise. This is in view of the fact that the conventional models such as the EOQ model use only deterministic while some decision variables are non-deterministic in nature. Forecasted average demand of items for ten months in a small-scale retail outlet was collected and trained using an Artificial Neural Networks (ANN) of 5 neurons in the input layer with eight neurons in the first hidden layer and four neurons in the second hidden layer. Two feed-forward training algorithms of quasi-newton and quick propagation were employed in the training with the results of fuzzy logic technology found in the literature as the target output. Results obtained show that the quasi-newton algorithm covaries stronger with the fuzzy logic results than the quick propagation results. The objective and subjective feelings of the inventory manager were also captured to optimise the results of the training. The study is at a framework stage and will proceed to implementation level when more datasets are collected. Data collection in a small-scale outlet is a daunting task as record keeping is hardly done. The inclusion of non-deterministic circumstances such as emotional and objective feelings of the inventory manager to predict inventory is novel considering the fact that studies in the available intelligent inventory prediction have not employed such variables in their predictions

Cooling load forecasting-based predictive optimisation for chiller plants

Extensive electric power is required to maintain indoor thermal comfort using heating, ventilation and air conditioning (HVAC) systems, of which, water-cooled chiller plants consume more than 50% of the total electric power. To improve energy efficiency, supervisory optimisation control can be adopted. The controlled variables are usually optimised according to instant building cooling load and ambient wet bulb air temperature at regular time intervals. In this way, the energy efficiency of chiller plants has been improved. However, with an inherent assumption that the instant building cooling load and ambient wet bulb temperature remain constant in the coming time interval, the energy efficiency potential has not been fully realised, especially when cooling loads vary suddenly and extremely. To solve this problem, a cooling load forecasting-based predictive optimisation method is proposed. Instead of minimising the instant system power according to the instant building cooling load and ambient wet bulb temperature, the controlled variables are derived to minimise the sum of the instant system power and one-time-step-ahead future system power according to both instant and forecasted future building cooling loads. With this method, the energy efficiency potential of a chiller plant can be further improved without shortening the operation time interval. 80% redundant energy consumption has been reduced for the sample chiller plant; energy can be saved for chiller plants that work for years. The evaluation on the effect of cooling load forecasting accuracy turns out that the more accurate the forecasts are, the more redundant energy consumption can be reduced

Improving Demand Forecasting: The Challenge of Forecasting Studies Comparability and a Novel Approach to Hierarchical Time Series Forecasting

Bedarfsprognosen sind in der Wirtschaft unerlässlich. Anhand des erwarteten Kundenbe-darfs bestimmen Firmen beispielsweise welche Produkte sie entwickeln, wie viele Fabri-ken sie bauen, wie viel Personal eingestellt wird oder wie viel Rohmaterial geordert wer-den muss. Fehleinschätzungen bei Bedarfsprognosen können schwerwiegende Auswir-kungen haben, zu Fehlentscheidungen führen, und im schlimmsten Fall den Bankrott einer Firma herbeiführen. Doch in vielen Fällen ist es komplex, den tatsächlichen Bedarf in der Zukunft zu antizipie-ren. Die Einflussfaktoren können vielfältig sein, beispielsweise makroökonomische Ent-wicklung, das Verhalten von Wettbewerbern oder technologische Entwicklungen. Selbst wenn alle Einflussfaktoren bekannt sind, sind die Zusammenhänge und Wechselwirkun-gen häufig nur schwer zu quantifizieren. Diese Dissertation trägt dazu bei, die Genauigkeit von Bedarfsprognosen zu verbessern. Im ersten Teil der Arbeit wird im Rahmen einer überfassenden Übersicht über das gesamte Spektrum der Anwendungsfelder von Bedarfsprognosen ein neuartiger Ansatz eingeführt, wie Studien zu Bedarfsprognosen systematisch verglichen werden können und am Bei-spiel von 116 aktuellen Studien angewandt. Die Vergleichbarkeit von Studien zu verbes-sern ist ein wesentlicher Beitrag zur aktuellen Forschung. Denn anders als bspw. in der Medizinforschung, gibt es für Bedarfsprognosen keine wesentlichen vergleichenden quan-titativen Meta-Studien. Der Grund dafür ist, dass empirische Studien für Bedarfsprognosen keine vereinheitlichte Beschreibung nutzen, um ihre Daten, Verfahren und Ergebnisse zu beschreiben. Wenn Studien hingegen durch systematische Beschreibung direkt miteinan-der verglichen werden können, ermöglicht das anderen Forschern besser zu analysieren, wie sich Variationen in Ansätzen auf die Prognosegüte auswirken – ohne die aufwändige Notwendigkeit, empirische Experimente erneut durchzuführen, die bereits in Studien beschrieben wurden. Diese Arbeit führt erstmals eine solche Systematik zur Beschreibung ein. Der weitere Teil dieser Arbeit behandelt Prognoseverfahren für intermittierende Zeitreihen, also Zeitreihen mit wesentlichem Anteil von Bedarfen gleich Null. Diese Art der Zeitreihen erfüllen die Anforderungen an Stetigkeit der meisten Prognoseverfahren nicht, weshalb gängige Verfahren häufig ungenügende Prognosegüte erreichen. Gleichwohl ist die Rele-vanz intermittierender Zeitreihen hoch – insbesondere Ersatzteile weisen dieses Bedarfs-muster typischerweise auf. Zunächst zeigt diese Arbeit in drei Studien auf, dass auch die getesteten Stand-der-Technik Machine Learning Ansätze bei einigen bekannten Datensät-zen keine generelle Verbesserung herbeiführen. Als wesentlichen Beitrag zur Forschung zeigt diese Arbeit im Weiteren ein neuartiges Verfahren auf: Der Similarity-based Time Series Forecasting (STSF) Ansatz nutzt ein Aggregation-Disaggregationsverfahren basie-rend auf einer selbst erzeugten Hierarchie statistischer Eigenschaften der Zeitreihen. In Zusammenhang mit dem STSF Ansatz können alle verfügbaren Prognosealgorithmen eingesetzt werden – durch die Aggregation wird die Stetigkeitsbedingung erfüllt. In Expe-rimenten an insgesamt sieben öffentlich bekannten Datensätzen und einem proprietären Datensatz zeigt die Arbeit auf, dass die Prognosegüte (gemessen anhand des Root Mean Square Error RMSE) statistisch signifikant um 1-5% im Schnitt gegenüber dem gleichen Verfahren ohne Einsatz von STSF verbessert werden kann. Somit führt das Verfahren eine wesentliche Verbesserung der Prognosegüte herbei. Zusammengefasst trägt diese Dissertation zum aktuellen Stand der Forschung durch die zuvor genannten Verfahren wesentlich bei. Das vorgeschlagene Verfahren zur Standardi-sierung empirischer Studien beschleunigt den Fortschritt der Forschung, da sie verglei-chende Studien ermöglicht. Und mit dem STSF Verfahren steht ein Ansatz bereit, der zuverlässig die Prognosegüte verbessert, und dabei flexibel mit verschiedenen Arten von Prognosealgorithmen einsetzbar ist. Nach dem Erkenntnisstand der umfassenden Literatur-recherche sind keine vergleichbaren Ansätze bislang beschrieben worden