The increasing demand for customized products, together with the need for flexible, human-centric, and resilient manufacturing systems has intensified the need for automation solutions capable of operating in dynamic and unstructured industrial environments. This dissertation shows how automation methodologies evolve and where they fail as complexity and variability increase across the design and production domains.

The research begins by addressing time-consuming and iterative engineering tasks through design automation. Using Knowledge-Based Engineering (KBE) approaches, automated frameworks were developed to streamline engineering workflows and support consistent decision-making in structured industrial settings. However, when extending the focus to real-world production, the growing complexity and uncertainty of the environment create substantial challenges for both design and production automation.

While KBE provides structure and consistency, its reliance on predefined rules necessitates standardization, resulting in a rigid design space and limited adaptability. To overcome these inherent restrictions, the research integrates complementary tools and techniques that enable more flexible and adaptive automation. Camera vision captures real-world conditions and tracks changes in the environment, while large language models, combined with an agent-based approach, provide reasoning capabilities that interpret variations in products or processes and generate adaptive decision-making strategies. Digital twin simulations validate and predict the outcomes of these variations in a virtual environment, allowing the system to respond proactively and safely by reconciling real-time data with simulation outcomes.

Overall, this work contributes a holistic and scalable automation methodology that unifies design automation, adaptive digital twins, and knowledge-driven reasoning. The results demonstrate how structured engineering knowledge, combined with reasoning and adaptive technologies, enables the development of resilient automation solutions for the increasingly unstructured landscape of future Industry.

Den ökande efterfrågan på kundanpassade produkter, tillsammans med behovet av flexibla, människocentrerade och motståndskraftiga tillverkningssystem, har intensifierat behovet av automatiseringslösningar som kan fungera i dynamiska och ostrukturerade industriella miljöer. Denna avhandling visar hur automatiserings-metoder utvecklas och var de misslyckas i takt med att komplexitet och variation ökar inom design- och produktionsområdena.

Forskningen börjar med att hantera tidskrävande och iterativa tekniska uppgifter genom designautomation. Med hjälp av kunskapsbaserad teknik (KBE) utvecklades automatiserade ramverk för att effektivisera tekniska arbetsflöden och stödja konsekvent beslutsfattande i strukturerade industriella miljöer. Men när fokus utvidgas till verklig produktion skapar den växande komplexiteten och osäkerheten i miljön betydande utmaningar för både design- och produktionsautomation.

Medan KBE ger struktur och konsekvens, kräver dess beroende av fördefinierade regler standardisering, vilket resulterar i ett rigid designutrymme och begränsad anpassningsförmåga. För att övervinna dessa inneboende begränsningar integrerar forskningen kompletterande verktyg och tekniker som möjliggör mer flexibel och adaptiv automatisering. Kameraseende fångar verkliga förhållanden och spårar förändringar i miljön, medan stora språkmodeller, i kombination med en agentbaserad metod, ger resonemangsförmåga som tolkar variationer i produkter eller processer och genererar adaptiva beslutsstrategier. Digitala tvillingsimuleringar validerar och förutsäger resultaten av dessa variationer i en virtuell miljö, vilket gör att systemet kan reagera proaktivt och säkert genom att förena realtidsdata med simuleringsresultat.

Sammantaget bidrar detta arbete med en holistisk och skalbar automationsmetodik som förenar designautomation, adaptiva digitala tvillingar och kunskapsdrivet resonemang. Resultaten visar hur strukturerad ingenjörskunskap, i kombination med resonemang och adaptiva teknologier, möjliggör utveckling av motståndskraftiga automationslösningar för det alltmer ostrukturerade landskapet inom framtidens industri.

Sanjay Nambiar