Reliable software-based control as enabler for flexible production systems

2017 ◽  
Vol 65 (12) ◽  
Author(s):  
Santiago Soler Perez Olaya ◽  
Stefan Mätzler ◽  
Martin Wollschlaeger
Keyword(s):  
Production Systems ◽  
Networked Control Systems ◽  
Information Source ◽  
System Structure ◽  
Industrial Systems ◽  
Control Approach ◽  
Control Value ◽  
Flexible Production Systems ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control

AbstractThe current evolution of the industrial production systems to cyber physical production systems requires an increased flexibility of the system structure that is nowadays still difficult to find in the industrial systems. The control applications are extremely strict by requiting jitter-free communication of sensor and control values in networked control systems. The software-based control approach presented here enhances the reliability of the control system using a control value matrix as information source. This approach benefits of predictive control algorithms that rely on model-based strategies.

An Ontology-Based Approach for Production Planning and Control of Cyber-Physical Production Systems

2020 ◽  
pp. 274-300
Author(s):  
Elvis Hozdić
Keyword(s):  
Production Planning ◽  
Manufacturing Systems ◽  
Production Systems ◽  
System Structure ◽  
Production Planning And Control ◽  
Planning And Control ◽  
Control Functions ◽  
Foundational Ontology ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control

The objective of this research is to develop a new ontology-based approach for the management and control of cyber-physical production systems (CPPSs). In the CPPSs, the management and control functions are integrated with a physical part of manufacturing system. The function of production planning and control of manufacturing systems (PPC) is an important part of the management and control of the CPPSs. The elements of the cyber system structure enable the dynamic management and control of manufacturing systems in real time, through the realization of the digitalized and cybernated functions of PPC. The proposed approach to management and control of the CPPSs is based on the foundational ontology of manufacturing systems. The digitalized production planning, scheduling, and control functions are implemented as a multi-agent system (MAS). The communication between agents was addressed to support the autonomic decision for each individual agent. A case study demonstrates feasibility of the approach through the use of simulation experiments.

scholarly journals Adaptive planning and control in cyber-physical production systems

2020 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Νικολάκης
Keyword(s):  
Production Systems ◽  
Adaptive Planning ◽  
Planning And Control ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control

Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη των συστημάτων παραγωγής ως κυβερνο-φυσικών συστημάτων επικεντρώνοντας στον προσαρμοστικό σχεδιασμό/προγραμματισμό κι έλεγχό τους. Απώτερος σκοπός είναι η δυνατότητα αναδιαμόρφωσής τους για την αύξηση της αυτοματοποίησης και της ευελιξίας στις συνθήκες εργασίας καθώς και σε μεταβαλλόμενες απαιτήσεις παραγωγής. Για αυτό το λόγο, μέθοδοι, που μεταφράζονται σε διαφορετικά επίπεδα της πυραμίδας αυτοματισμού, μέσω της αρχιτεκτονικής 5C για κυβερνο-φυσικά συστήματα, έχουν διερευνηθεί κι ενσωματωθεί σε υπό-μελέτη κυβερνο-φυσικά συστήματα. Πρώτον, μελετάται ο δυναμικός έλεγχος κλειστού βρόχου ενός κυβερνο-φυσικού συστήματος σχετικά με την ασφαλή συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ σε ένα περιβάλλον εργασίας. Μια αρχική εφαρμογή αξιολογείται σε μια συγκεκριμένη περίπτωση χρήσης και συγκρίνονται τα αποτελέσματά της σχετικά με τη χρήση ενός ή περισσοτέρων αισθητήρων. Η σύγκριση πραγματοποιείται με βάση τον χρόνο απόκρισης του συστήματος για την ανίχνευση της ανθρώπινης παρουσίας εντός μιας προκαθορισμένης ζώνης ασφαλείας. Στη συνέχεια, εξετάζονται οι χειρωνακτικές εργασίες συναρμολόγησης, συζητείται ο προσαρμοστικός προγραμματισμός και ο επαναπροσδιορισμός του σταθμού συναρμολόγησης. Η εφαρμογή ψηφιακού διδύμου παρουσιάζεται για να κλείσει ψηφιακά το βρόχο μεταξύ φυσικού και εικονικού συστήματος, επιτρέποντας έτσι μια αποτελεσματική, από πλευράς κόστους, βελτίωση του σχεδιασμού, της ανάθεσης καθώς και ολόκληρου του κύκλου ζωής των διαδικασιών παραγωγής με βάση τον άνθρωπο. Μια μελέτη περίπτωσης σε χώρο αποθήκης καταδεικνύει τη σκοπιμότητα και αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης προσέγγισης. Επίσης, στο πλαίσιο της τρίτης μελέτης, συζητείται ένα ολιστικό πλαίσιο για τα αναδιαμορφώσιμα κυβερνο-φυσικά συστήματα παραγωγής, που υλοποιούνται από τις τεχνολογίες των υπηρεσιών πακέτων λογισμικού (containers). Η παρουσιαζόμενη προσέγγιση ενισχύει την ευελιξία σε ένα κυβερνο-φυσικό σύστημα παραγωγής μέσω της δυναμικής αναδιάρθρωσης του συστήματος αυτοματισμού και του χρονοδιαγράμματος παραγωγής, με βάση τα συμβάντα. Η προτεινόμενη λύση υλοποιήθηκε σε μια εφαρμογή λογισμικού και εφαρμόστηκε σε ένα κυβερνο-φυσικό σύστημα παραγωγής μικρής κλίμακας που προέρχεται από την αυτοκινητοβιομηχανία. Τέλος, η συμβολή των στρωμάτων ολοκλήρωσης της αρχιτεκτονικής 5C για την υλοποίηση και την ανάπτυξη λειτουργιών CPPS, που μετατρέπει τις συμβατικές διαδικασίες παραγωγής σε έξυπνες, έχει αξιολογηθεί μέσω ενός συνόλου δεικτών επιπέδου ευελιξίας μέσω του αυτοματισμού και δεικτών χαρακτηριστικών των κυβερνο-φυσικών συστημάτων παραγωγής.

scholarly journals Resilience in Industry 4.0 Digital Infrastructures and Platforms

2021 ◽  
Author(s):  
Daniel Ribeiro ◽  
António Almeida ◽  
Américo Azevedo ◽  
Filipe Ferreira
Keyword(s):  
Industry 4.0 ◽  
Production Systems ◽  
Mitigation Strategies ◽  
Manufacturing Processes ◽  
Digital Platforms ◽  
New Methodologies ◽  
Product Customization ◽  
Physical Assets ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control

We live in a world where companies are shifting to the industry 4.0 paradigm. One of the pillars of Industry 4.0 is the digitalization of physical assets and manufacturing processes, moving toward the Cyber-Physical Production Systems concept (CPPS). In these systems, every component of the production process – machines, tools, workstations, etc. – is equipped with sensors, possesses information about itself, and can interact with each other, allowing the production of smaller batches at lower prices and increase product customization through adaptative processes. Consequently, companies are evolving their information systems to have more visibility and control over their production systems. This change increases both the production system’s agility and its vulnerability to communication and information related disruptions. Hence, companies that adhere to Industry 4.0 enabling technologies must adopt new methodologies and tools to become aware of the new risks that arise by the introduction of new digital platforms, their impacts in the production systems, and how they may react to remain resilient. In this paper, disruption events and adequate mitigation strategies are analysed, modelled, and simulated as part of a methodology designed to measure the impacts of disruptive events on the production system.

Physiksimulation cyber-physischer Produktionssysteme*/Physical simulation of cyber-physical production systems – Planning and control of cyber-physical production systems using physical simulation

2018 ◽  
Vol 108 (04) ◽  
pp. 217-220
Author(s):  
M. Glatt ◽  
J. Aurich
Keyword(s):  
Material Flow ◽  
Physical Simulation ◽  
Production Systems ◽  
Lead Times ◽  
Planning And Control ◽  
Systems Planning ◽  
Flow Processes ◽  
Simulation Results ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control

Cyber-physische Produktionssysteme erlauben die wirtschaftliche Herstellung kundenindividueller Produkte in großen Stückzahlen. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie die physikalische Modellierung genutzt werden kann, um Materialflussprozesse in cyber-physischen Produktionssystemen zu simulieren. Ziel ist, durch simulationsbasierte Steuerungseingriffe Störungen im Materialfluss zu reduzieren und Durchlaufzeiten zu verringern.   Cyber-physical production systems make it possible to economically manufacture customized products in large quantities. The goal of this article is to show how physical modeling can be used to simulate material flow processes in cyber-physical production systems. Based on the simulation results, control interventions can contribute to reduce disruptions in the material flow and shorten lead times.

scholarly journals Modelling and condition-based control of a flexible and hybrid disassembly system with manual and autonomous workstations using reinforcement learning

2022 ◽  
Author(s):  
Marco Wurster ◽  
Marius Michel ◽  
Marvin Carl May ◽  
Andreas Kuhnle ◽  
Nicole Stricker ◽  
...  
Keyword(s):  
Reinforcement Learning ◽  
Operations Management ◽  
Production Systems ◽  
Control Approach ◽  
Planning And Control ◽  
High Volatility ◽  
Reduce Emissions ◽  
Operational Failures ◽  
And Control ◽  
Comprehensive Modeling

AbstractRemanufacturing includes disassembly and reassembly of used products to save natural resources and reduce emissions. While assembly is widely understood in the field of operations management, disassembly is a rather new problem in production planning and control. The latter faces the challenge of high uncertainty of type, quantity and quality conditions of returned products, leading to high volatility in remanufacturing production systems. Traditionally, disassembly is a manual labor-intensive production step that, thanks to advances in robotics and artificial intelligence, starts to be automated with autonomous workstations. Due to the diverging material flow, the application of production systems with loosely linked stations is particularly suitable and, owing to the risk of condition induced operational failures, the rise of hybrid disassembly systems that combine manual and autonomous workstations can be expected. In contrast to traditional workstations, autonomous workstations can expand their capabilities but suffer from unknown failure rates. For such adverse conditions a condition-based control for hybrid disassembly systems, based on reinforcement learning, alongside a comprehensive modeling approach is presented in this work. The method is applied to a real-world production system. By comparison with a heuristic control approach, the potential of the RL approach can be proven simulatively using two different test cases.

scholarly journals Complex-Network-Based Cyber-Physical Production Systems Subject to Cascading Failures

2020 ◽  
Author(s):  
Sichao Liu ◽  
Lihui Wang ◽  
Xi Vincent Wang ◽  
Magnus Wiktorsson
Keyword(s):  
Manufacturing Industry ◽  
Production Systems ◽  
Network Reliability ◽  
Cascading Failure ◽  
Cascading Failures ◽  
Manufacturing Resource ◽  
Resource Data ◽  
Cyber Physical Production Systems ◽  
And Control ◽  
Control Complex

The manufacturing industry is facing multi-dimensional, ever-growing challenges ranging from the lack of real-time manufacturing resource data, the inability of catching production exceptions, to the occurrence of cascading failures. This paper proposes a network-based cyber-physical production system to model, diagnose and control complex production systems subject to cascading failures. The goal is to study and characterise the evolution of cascading failure mechanisms and further mitigate the vulnerability of the manufacturing system. This is achieved through the deployment and synergistic integration of the Internet of technology with the reliability importance theory. The paper contributes to the network reliability theory and applications by proposing new importance measures and strategies to support the operation of cyber-physical production systems.

Mobile Ressourcen im dynamischen Produktionsumfeld*/Scheduling of mobile autonomous robot systems

2019 ◽  
Vol 109 (04) ◽  
pp. 250-254
Author(s):  
A. Lottermoser ◽  
C. Härdtlein ◽  
J. Schollerer ◽  
C. Richter ◽  
G. Reinhart
Keyword(s):  
Production Systems ◽  
Influencing Factor ◽  
Autonomous Robot ◽  
Flexible Production ◽  
Production Planning And Control ◽  
Planning And Control ◽  
Flexible Production Systems ◽  
Robot Systems ◽  
And Control ◽  
Mobile Autonomous Robot

Durch die im Rahmen der Industrie 4.0 forcierte Entwicklung zu einer dynamischen, wandlungsfähigen und flexiblen Produktion ergeben sich vor allem für die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) neue Herausforderungen. Neben einem robusten Produktionsablauf und dynamischen Einflüssen müssen in Zukunft neue Ressourcen bei der Auftragsplanung berücksichtigt werden. Die Einplanung mobiler Robotersysteme ruft zusätzliche Einflussfaktoren hervor, die PPS-seitig bewerkstelligt werden müssen.   The development towards dynamic, versatile and flexible production systems in the context of Industry 4.0 creates new challenges for production planning and control (PPC). Next to a robust production process and dynamic influences, new resources have to be taken into account in the future. The scheduling of mobile autonomous robot systems is an additional influencing factor that has to be considered by PPC systems.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document