Adaptive planning and control in cyber-physical production systems

Abstract

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.