Application of multi-agent system and semantic ontology for the vertical integration of production environment at the field control level

Εφαρμογή πολυ-πρακτορικού συστήματος με σημασιολογική οντολογία για κάθετη ολοκλήρωση περιβάλλοντος παραγωγής με έμφαση στο επίπεδο ελέγχου παραγωγής

Application of multi-agent system and semantic ontology for the vertical integration of production environment at the field control level

Γεωργουδάκης, Εμμανουήλ

Georgoudakis, Manos

PhD Thesis

2009

The present dissertation focuses and presents an integrated solution to the problem of vertical business integration that is the transparent integration of applications and systems that is possible to operate in different levels within the classical hierarchy of the industrial/production environment. This hierarchy comprises of the ERP field control and the device layer. The industrial environment is characterized by particular complexity and is highly heterogeneous. As a result any attempt to modify the existing production processes is particularly difficult. This project combines standards established and emerging technologies to address two contradicting requirements integration and flexibility.

H παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Εφαρμογών, του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών καθώς και στο Ινστιτούτο Βιομηχανικών Συστημάτων (ΙΝΒΙΣ). Αποτελεί μέρος της ευρύτερης ερευνητικής δραστηριότητας του Ινστιτούτου και του Εργαστηρίου στον τομέα της εφαρμογής των Semantics στο χώρο της Βιομηχανίας καθώς και στη κάθετη ολοκλήρωση του Βιομηχανικού Περιβάλλοντος. Η παρούσα εργασία εστιάζεται και παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη λύση στο πρόβλημα της κάθετης επιχειρησιακής ολοκλήρωσης, της διαφανούς δηλαδή ολοκλήρωσης εφαρμογών και συστημάτων, τα οποία είναι δυνατό να εκτελούνται σε διαφορετικά επίπεδα όσον αφορά στην κλασσική ιεραρχία του βιομηχανικού/κατασκευαστικού περιβάλλοντος, από το Επιχειρησιακό Επίπεδο στο οποίο εκτελείται το σύστημα Διαχείρισης Επιχειρησιακών Πόρων (Enterprise Resource Planning - ERP) ως το Επίπεδο Ελέγχου Πεδίου (field control επίπεδο). Η λύση η οποία προτείνεται είναι ένα λογισμικό συνδετικότητας (middleware) που δημιουργεί την αναγκαία υποδομή για ένα πιο ευέλικτο και ευφυές βιομηχανικό περιβάλλον. Το συγκεκριμένο πρόβλημα έχει σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον όπως τεκμηριώνεται και από την παρατιθέμενη στη διατριβή εκτενή βιβλιογραφία. Εξ άλλου το πρόβλημα εδράζεται και φιλοδοξεί να δώσει λύσεις σε πρακτικές ανάγκες που παρουσιάζονται στο βιομηχανικό/επιχειρησιακό περιβάλλον λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους όπως το κόστος της επιχειρούμενης ολοκλήρωσης αλλά και η ικανοποιητική αντιμετώπιση συγκεκριμένων περιπτώσεων εφαρμογής. Το βιομηχανικό περιβάλλον χαρακτηρίζεται κατά κανόνα από ιδιαίτερη πολυπλοκότητα και υψηλή ετερογένεια. Κατά συνέπεια, η όποια τροποποίηση υφισταμένων παραγωγικών διαδικασιών απαιτεί ιδιαίτερη προσπάθεια καθώς η μονολιθικότητα στην παραγωγική ιεραρχία καθιστά οποιαδήποτε αλλαγή ιδιαίτερα δύσκολη. Το περιβάλλον παραγωγής παρουσιάζει επίσης έλλειψη ευελιξίας, δηλαδή αδυναμία στο να ανταποκριθεί σε βραχυπρόθεσμες αλλαγές που είναι ιδιαίτερα συνηθισμένες σε πραγματικές συνθήκες όπως η αστοχία παραγωγικού εξοπλισμού εν ώρα λειτουργίας, η απρόσμενη αλλαγή του προγράμματος παραγωγής (π.χ. τροποποίηση χαρακτηριστικών προϊόντων ενώ έχει ξεκινήσει η παραγωγή του). Η παρούσα ερευνητική εργασία αξιοποιεί και συνδυάζει υπάρχοντα πρότυπα, ώριμες και αναδυόμενες τεχνολογίες αιχμής για να απαντήσει στις δύο φαινομενικά αντικρουόμενες απαιτήσεις της επιχειρησιακής ολοκλήρωσης και της αυξημένης ευελιξίας. Οι δύο βασικοί άξονες της εργασίας είναι η συνδυαστική αξιοποίηση σημασιολογίας και ενός πολύπρακτορικού συστήματος. Στην υπάρχουσα βιβλιογραφία οι δύο αυτοί άξονες έχουν κατά κύριο λόγο προταθεί ως χωριστές λύσεις για να επιλύσουν επί μέρους προβλήματα όπως το πρόβλημα της βιομηχανικής ολοκλήρωσης ή της δημιουργίας ευέλικτου περιβάλλοντος ή της αντιμετώπισης θεμάτων βελτιστοποίησης (χρήσης πόρων, προγραμματισμού, κλπ). Σε ελάχιστες εργασίες προτείνεται η συνδυασμένη χρήση σημασιολογίας και πρακτόρων λογισμικού αλλά αυτό γίνεται είτε με τρόπο ad hoc, χωρίς αναφορά σε συγκεκριμένες μεθοδολογίες, ή σε επίπεδο πρότασης, χωρίς σχεδόν καθόλου λεπτομέρειες υλοποίησης. Κοινή συνισταμένη όλων των λύσεων που έχουν προταθεί είναι η δημιουργία μιας κατανεμημένης αρχιτεκτονικής ελέγχου. Η φιλοσοφία ενός πρακτορικού συστήματος (ευελιξία, αυτό-ρύθμιση, συνεργασία) ταιριάζει πολύ καλά στις απαιτήσεις του middleware. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη, πρωτότυπη μεθοδολογία για τη σχεδίαση και ανάπτυξη ενός πολύ-πρακτορικού συστήματος συνδυασμένου με σημασιολογικά μοντέλα και το οποίο εκπληρώνει τους στόχους για ολοκλήρωση και ευελιξία.

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Επιστήμη Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Ηλεκτρονικού Μηχανικού, Μηχανικού Η/Υ

Ontology

Επιστήμη Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Ηλεκτρονικού Μηχανικού, Μηχανικού Η/Υ

Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Multi - agent systems

Πρότυπα ολοκλήρωσης

Κατανεμημένα συστήματα ελέγχου

Productio process simulation

Οντολογία

Προσομοίωση βιομηχανικών διεργασιών

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Πολύ-πρακτορικό σύστημα

Integration standards

Engineering and Technology

Semantics

Distributed control

Βιομηχανική ολοκλήρωση

Industrial integration

Ελληνική γλώσσα

Πανεπιστήμιο Πατρών

University of Patras

Πανεπιστήμιο Πατρών. Σχολή Πολυτεχνική. Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Εφαρμογών

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης και Ηλεκτρονικού Περιεχομένου (ΕΚΤ)

Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών

Συλλογή ΕΑΔΔ