UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO DA MANUFATURA USANDO ARQUITETURAS ORIENTADAS A SERVIÇO
E SISTEMAS MULTI-AGENTES
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica.
JOÃO ALVAREZ PEIXOTO
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Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira João Alvarez Peixoto
MOTIVAÇÃO
Arquitetura Orientada a Serviços Sistemas Multi-Agentes Sistemas interoperáveis, Suportam sistemas autônomos Autosuficiência Funcionamento independente Flexibilidade
Tecnologia de software Capaz de modelar e implementar: Comportamentos individuais Comportamentos sociais
Utilizados no nosso dia-a-dia. Sistemas telefonia, computadores, sistemas de
comunicação,...
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MOTIVAÇÃO
Modernos sistemas de automação são implementados usando sistemas embarcados distribuídos
A complexidade representa um desafio para seus desenvolvedores; Técnicas tradicionais de desenvolvimento, como uso de CLPs e linguagens de relés parecem estar chegando ao limite......
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MOTIVAÇÃO
Mas a INDÚSTRIA vê esta tecnologia como algo duvidoso.
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MOTIVAÇÃO
Há diversas pesquisas que abordam a possibilidade de utilização de arquitetura orientada a serviços e sistemas multi-agentes
em sistemas de manufatura.
Mas poucas idéias acadêmicas são validadas experimentalmente.
Poucos resultados são comparados com outros sistemas utilizados na indústria.
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MOTIVAÇÃO
Visões de uma sistema de manufatura.
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OBJETIVOS
1. Analise do estado da arte sobre pesquisas que propõem o uso de MAS e SOA em manufatura;
2. Proposta de abordagem que combine MAS e SOA;
3. Implementação e validação da proposta em um sistema flexível de manufatura;
4. Comparação do desempenho da proposta comparada com métodos "tradicionais“.
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ORGANIZAÇÃO DA APRESENTAÇÃO
1. INTRODUÇÃO 2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA 3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA 4. TRABALHOS RELACIONADOS 5. PROPOSTA DO TRABALHO 6. IMPLEMENTAÇÃO 7. RESULTADOS E ANÁLISES 8. CONCLUSÕES 9. TRABALHOS FUTUROS 10. ARTIGOS SUBMETIDOS 11. REFERÊNCIAS 12. QUESTIONAMENTOS 13. MENSAGEM FINAL
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1. INTRODUÇÃO
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1. INTRODUÇÃO Evolução dos requisitos da indústria da manufatura
A indústria de manufatura tem se deparado com uma necessidade de mercado que remete ao consumo de produtos altamente personalizados. (LOBOV et al., 2008),
Requisitos de qualidade e funcionalidade deixaram de ser os únicos atributos em um produto.
(JAMES; SMIT, 2005)
A necessidade de minimização do tempo de inatividade de um sistema de manufatura é outro fator considerável.
Necessidade de novos sistemas para realizar o controle da distribuição de produção, através da integração de sistemas de informação e recursos de auto-organização, adaptando-se rapidamente às mudanças no ambiente
(LEITÃO; RESTIVO, 2001).
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1. INTRODUÇÃO Novos paradigmas para sistemas de manufatura
Lean Manufacturing (SHINGO, 1996) Just in Time (JÓZEFOWSKA, 2007) Agile Manufacturing (QUINN, 1997) Manufatura Integrada por Computador – CIM (FLEISCHHAUER, 1996) Sistemas Flexíveis de Manufatura - FMS (KUSIAK, 1986)
Sistemas de produção que já se preocupavam com Agilidade e Diversidade
Há necessidade de desenvolver um novo produto
mais rapidamente, sem ter que parar a produção
do produto atual.
Há Necessidade de
Diversidade
Tentam atender...
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1. INTRODUÇÃO Novos paradigmas para sistemas de manufatura
Sistemas Evolutivos de Manufatura - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS Arquiteturas Orientadas a Serviço – SOA Sistemas Multi-Agentes – MAS
Novos paradigmas para implementar sistemas de produção.
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
CONTROLE CENTRALIZADO DOS PROCESSOS Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
Todos dispositivos de entrada e saída são ligados num único gerenciador central do
processo.
(GEORGINI, 2000) (COLOMBO et al., 2008) 14
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
(LEITÃO et al., 2001) (FLEISCHHAUER, 1996)
CIM é composto: • Planejamento e Controle da Produção (PCP) • Engenharia Assistida por Computador (CAE) • Projeto Assistido por Computador (CAD) • Planejamento do Processo Assistido por Computador (CAPP) • Produção Assistida por Computador (CAM) • Qualidade Assistida por Computador (CAQ).
(BUSSMANN, 1998) 15
Controle Centralizado dos Processos MANUFATURA INTEGRADA POR COMPUTADOR – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
• Apresentam a possibilidade de um equipamento realizar mais de uma tarefa;
• A capacidade de ser flexível se destina a grandes quantidades de troca de produção, o que implicará em baixo volume de produção por lote.
(CAVALCANTE; PEREIRA; BARATA, 2010) (FESTO, 2011). (BARROS, 2006) 16
Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM SISTEMAS FLEXÍVEIS DE MANUFATURA – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
• Paralelo entre as propriedades de sistemas biológicos e sistemas de manufatura;
• As células autônomas que trocam informações para sintetizar órgãos;
• Cada órgão pode ser visto como simples agentes autônomos.
(UEDA, 1992a) (THARUMARAJAH; WELLS; NEMES, 1998) (UEDA, 1992b) (GU et al., 2011)
BIMC – Bio-Inspired Manufacturing Cell
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Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS SISTEMA DE MANUFATURA BIÔNICA – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
(BUSSMANN, 1998) (ALSTERMAN; ONORI, 2004) (CAVALCANTE; PEREIRA; BARATA, 2010)
• Um sistema é um todo formado por partes; sistemas complexos irão evoluir a partir de sistemas simples;
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Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS SISTEMA DE MANUFATURA HOLÔNICA – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
(BARATA et al., 2006) (FERREIRA et al., 2009) (CAVALCANTE, 2012)
• Sistemas simples, reconfiguráveis, elementos com tarefas específicas (módulos do sistema);
• EAS é um sistema de montagem dinâmico, auto-organizado e evolutivo, formado por módulos interligados e capaz de mudar sua estrutura de acordo com as mudanças ambientais relevantes, ou com a capacidade de atender as flutuações de demanda de processos produtivos.
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Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS SISTEMAS DE MONTAGEM EVOLUTIVOS - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
(COLOMBO et al., 2008)
• A possibilidade de reconfiguração que torna o sistema de montagem evolutivo;
• Os sistemas reconfiguráveis permitem uma adaptação tanto de hardware com de software a uma necessidade específica de produção.
(VRBA; MARIK, 2011) 20
Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS SISTEMAS RECONFIGURÁVEIS DE MANUFATURA – RMS
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2. GERENCIAMENTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA
(COLOMBO et al., 2008) (VRBA; MARIK, 2011) 21
Controle Centralizado dos Processos Manufatura Integrada por Computador – CIM Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS Sistema de Manufatura Biônica – BMS Sistema de Manufatura Holônica – HMS Sistemas de Montagem Evolutivos - EAS Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
SISTEMA DE MANUFATURA COM ORIENTAÇÃO A SERVIÇOS UTILIZANDO SISTEMAS MULTI-AGENTES
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
AGENTE PLATAFORMA JADE Agente em JADE Mensagens usando FIPA-ACL Protocolo FIPA Request Protocolo FIPA Contract Net
A FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents) define: “ O agente é uma entidade que reside em um ambiente onde interpretam dados
através de sensores, refletem eventos no ambiente e executam ações que produzem efeitos no ambiente.”
(SILVA, 2003) (LEITÃO; RESTIVO, 2001) 23
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
JADE (Java Agent Development Framework) é uma plataforma implementada em linguagem
JAVA
(SILVA, 2003)
• Serviço de nomes; • Serviços de páginas amarelas; • Transporte de mensagens; • Serviços de análise; • Biblioteca de protocolos de interação FIPA.
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Agente PLATAFORMA JADE Agente em JADE Mensagens usando FIPA-ACL Protocolo FIPA Request Protocolo FIPA Contract Net
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
Um agente JADE é uma instância da classe Agent. Programadores ou desenvolvedores deverão escrever seus próprios agentes como subclasses de Agent.
(SILVA, 2003) 25
Agente PLATAFORMA JADE AGENTE EM JADE Mensagens usando FIPA-ACL Protocolo FIPA Request Protocolo FIPA Contract Net
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
(BELLIFEMINE, 2004)
Padrão FIPA-ACL encapsula uma mensagem, sendo dividido em campos com finalidades específicas
Sender Receivers Ontology Language Content Outros campos Performative
Recepção
Envio
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Agente PLATAFORMA JADE Agente em JADE MENSAGENS USANDO FIPA-ACL Protocolo FIPA Request Protocolo FIPA Contract Net
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
Protocolo FIPA Request
(BELLIFEMINE, 2004) 27
Agente PLATAFORMA JADE Agente em JADE Mensagens usando FIPA-ACL PROTOCOLO FIPA REQUEST Protocolo FIPA Contract Net
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A SISTEMAS DE MANUFATURA
Protocolo FIPA Contract Net
(BELLIFEMINE, 2004) 28
Agente PLATAFORMA JADE Agente em JADE Mensagens usando FIPA-ACL Protocolo FIPA Request PROTOCOLO FIPA CONTRACT NET
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
SOA EM SISTEMAS DE PRODUÇÃO RECONFIGURÁVEIS SOA utilizado em sistemas de diagnóstico SOA em uma plataforma para células robóticas industriais MAS em sistemas de manufatura integrados e distribuídos MAS aplicado em sistemas de transportes MAS aplicado em sistemas remotos de manutenção
“Service-Oriented Control Architecture for Reconfigurable Production Systems”
COLOMBO, A. W. et al. Service-Oriented Control Architecture for Reconfigurable Production Systems. In: THE IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL INFORMATICS, 6., 2008, Daejeon. Proceedings… Daejeon: IEEE, 2008. p.13-16. Disponível em < http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4618201&isnumber=4618046>. Acesso em: 15 mar. 2011.
Armando W. Colombo, J. Marco Mendes, Paulo Leitão e Francisco Restivo
• Uma proposta de arquitetura de controle modular para sistemas de produção orientada a serviços;
• A arquitetura de controle é baseada em princípios de serviços orientados para alcançar distribuição, modularização, agilidade e sistemas interoperáveis.
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
“Diagnosis Using Service Oriented Architectures (SOA)” José Barata, Luis Ribeiro e Armando Colombo
BARATA, J.; RIBEIRO, L.; COLOMBO, A. Diagnosis using Service Oriented Architectures (SOA). In: IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL INFORMATICS - INDIN, 5., 2007, Viena. Proceedings . . . Viena: IEEE, 2007. v.2, p.1203-1208. Disponível em: <http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4384902&isnumber=4384837>. Acesso em: 28 mar. 2011.
• Agentes monitoram e controlam seus elementos físico-mecânicos;
• Inspecionam cada parte do equipamento e fornecem dados referentes ao seu estado.
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SOA em sistemas de produção reconfiguráveis SOA UTILIZADO EM SISTEMAS DE DIAGNÓSTICO SOA em uma plataforma para células robóticas industriais MAS em sistemas de manufatura integrados e distribuídos MAS aplicado em sistemas de transportes MAS aplicado em sistemas remotos de manutenção
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
“On the use of Service Oriented Software Platforms for industrial robotic cells” Nilsson, Pires e Veiga
NILSSON, K. ; PIRES, J.N.; VEIGA, G. On The Use Of Service Oriented Software Platforms For Industrial Robotic Cells. In: IFAC INTERNATIONAL WORKSHOP INTELLIGENT MANUFACTURING SYSTEMS, 8., 2007, Alicante. Proceedings… Alicante: Universidade de Alicante, 2007. Disponível em: <http://www.smerobot.org/08_scientific_papers/papers/Pires_IMS2007_UPnP4_gv_jnp_kn_v5_ADDF.pdf>. Acesso em: 12 abr. 2011.
• Real implementação de SOA baseada em uma plataforma middleware;
• Essa plataforma inclui mecanismos adequados de apoio ao SOA, com as características principais de: endereçamento, descoberta, controle, descrição e eventos.;
• O estudo aplica-se em células robóticas industriais.
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SOA em sistemas de produção reconfiguráveis SOA utilizado em sistemas de diagnóstico SOA EM UMA PLATAFORMA PARA CÉLULAS ROBÓTICAS INDUSTRIAIS MAS em sistemas de manufatura integrados e distribuídos MAS aplicado em sistemas de transportes MAS aplicado em sistemas remotos de manutenção
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
“Integrated And Distributed Manufacturing, A Multi-Agent Perspective” José Barata, Raymond Boissier, Camarinha-Matos, Mohammed Raddadi e Francisco Restivo
BARATA, J. et al. Integrated And Distributed Manufacturing: A Multi-Agent Perspective. In: WORKSHOP ON EUROPEAN SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL COLLABORATION - WESIC, 3., 2001, Enschede. Proceedings… Enschede : WESIC, 2001. p. 27-29. Disponível em: <http://www.ipb.pt/~pleitao/papers/wesic2001.pdf >. Acesso em: 12 abr. 2011.
Propõem o desenvolvimento de aplicações de manufatura
distribuída com o uso de sistemas multi-agentes;
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SOA em sistemas de produção reconfiguráveis SOA utilizado em sistemas de diagnóstico SOA em uma plataforma para células robóticas industriais MAS EM SISTEMAS DE MANUFATURA INTEGRADOS E DISTRIBUÍDOS MAS aplicado em sistemas de transportes MAS aplicado em sistemas remotos de manutenção
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
“Capabilities of Dynamic Reconfiguration of Multiagent-Based Industrial Control
Systems” Pavel Vrba e Vladimír Marík
VRBA, P.; MARIK, V. Capabilities of Dynamic Reconfiguration of Multiagent-Based Industrial Control Systems. IEEE Transactions On Systems, Man, And Cybernetics—Part A: Systems And Humans. [S. l.], v. 40, n. 2, 2010, p. 213-223. Disponível em < http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5353631&isnumber=5415834>. Acesso em 15 dez. 2011.
• O sistema de controle se vale das funcionalidades dos agentes para determinar a rota mais econômica;
• Os agentes da rota escolhida se agrupam para formar este caminho e executar o translado.
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SOA em sistemas de produção reconfiguráveis SOA utilizado em sistemas de diagnóstico SOA em uma plataforma para células robóticas industriais MAS em sistemas de manufatura integrados e distribuídos MAS APLICADO EM SISTEMAS DE TRANSPORTES MAS aplicado em sistemas remotos de manutenção
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4. TRABALHOS RELACIONADOS
“A Multi-Agent-Based Remote Maintenance Support and Management System” Yu Ren, Ye Luqing e Fu Chuang
REN, Y.; LUQING, Y.; CHUANG, F. A Multi-Agent-Based Remote Maintenance Support and Management System. In: IEEE/WIC/ACM INTERNATIONAL ON INTELLIGENT AGENT TECHNOLOGY – IAT, 2004, Pequim. Proceedings… Pequim : IEEE, 2004. p. 496-499. Disponível em: <http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1343004&isnumber=29567>. Acesso em: 12 jan. 2012.
• Integrar as atividades relacionadas à manutenção de uma empresa industrial, com o uso de estrutura multi-agente;
• Para cada problema de manutenção, há uma lista de agentes especialistas que se relacionam com este problema.
• Este consenso será a solução mais completa possível.
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SOA em sistemas de produção reconfiguráveis SOA utilizado em sistemas de diagnóstico SOA em uma plataforma para células robóticas industriais MAS em sistemas de manufatura integrados e distribuídos MAS aplicado em sistemas de transportes MAS APLICADO EM SISTEMAS REMOTOS DE MANUTENÇÃO
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5. PROPOSTA DO TRABALHO
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5. PROPOSTA DO TRABALHO
Proposta conceitual
Este trabalho propõe que um sistema de manufatura seja abordado com suas etapas dissociadas, funcionalmente independentes e correlacionadas para formar
um sistema de manufatura maior
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5. PROPOSTA DO TRABALHO Proposta conceitual
1ª Etapa: identificação dos componentes que tem capacidade de funcionar autonomamente, mapeando-os como agente de recursos (RA);
2ª Etapa: verificar se os elementos de transporte devem ser mapeados como agentes de transporte (TUA);
3ª Etapa: considerar cada produto ou conjunto de produtos como um agente de produto (PA);
4ª Etapa: promover a implementação dos dispositivos como agentes;
5ª Etapa: interligar os agentes em uma plataforma de comunicação entre agentes.
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5. PROPOSTA DO TRABALHO Exemplo de aplicação da proposta conceitual
TRADICIONALMENTE
1ª Etapa: identificação dos agente de recursos (RA).
Estação de montagem A; Estação de montagem B; Estação de montagem C; Sistema de transporte por esteira.
2ª Etapa: verificar os agentes de transporte (TUA).
Sistema de transporte por esteira.
3ª Etapa: considerar agente de produto (PA).
Palete de transporte.
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5. PROPOSTA DO TRABALHO Exemplo de aplicação da proposta conceitual
4ª Etapa: Implementação dos agentes
5ª Etapa: interligar os agentes em uma plataforma de comunicação entre agentes.
Agente de recursos RA1: responsável pela manufatura da estação A; Agente de recursos RA2: responsável pela manufatura da estação B; Agente de recursos RA3: responsável pela manufatura da estação C; Agente de transporte TUA1: responsável pelo transporte; Agente de produto PA: responsável por gerenciar o fluxo de processo; Agente de identificação (AMS); Agente de identificação de serviços (DF).
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6. IMPLEMENTAÇÃO
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Concepção de um sistema de manufatura flexível para uso como demonstrador
Proposta inicial
• Cada montagem representa uma operação distinta;
• Os paletes são inseridos e retirados manualmente;
• A esteira em movimento contínuo garante que o palete é alcançado por todas as estações.
A identificação do palete pode ser realizada por: - Código de barras; - RFID - Sensoriamento binário.
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Programação do sistema SOA/MAS em JADE e FIPA
Implementação dos Agentes de Produto e Agentes de Recurso
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Programação do sistema SOA/MAS em JADE e FIPA
Junção dos protocolos CONTRACT NET e FIPA REQUEST
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
• Substituir os dispositivos mecânicos; • Substituir a interface do agente com o meio físico
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
• Implementado como Agente Monitor; • Habilidade de simular as posições,
estados e os movimentos dos agentes na planta;
Agente Monitor
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
Remote Management Agent – RMA
(SILVA, 2003)
Sniffer Agent (SA): fornece um diagrama de sequência UML
Recurso disponível na Plataforma JADE
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema SOA/MAS para o demonstrador
Seguindo as etapas propostas para implementação do sistema na arquitetura orientada a serviços e sistemas multi-agentes
1ª Etapa: identificação dos agente de recursos (RA).
Agentes de montagem responsáveis pela montagem dos cubos nos paletes
Agente de transporte: transporte dos produtos entre as estações de montagem
2ª Etapa: elementos de transporte como agentes de transporte (TUA).
Agente de transporte: transporte dos produtos entre as estações de montagem
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema SOA/MAS para o demonstrador
3ª Etapa: Produtos como agente de produto (PA).
Cada palete solicitará os serviços aos demais agentes de montagem Modelado em software em e ligado ao sistema de manufatura
4ª Etapa: implementação dos dispositivos como agentes
5ª Etapa: interligar os agentes em uma plataforma
Plataforma JADE
FIPA Request Interaction Protocol Specification (SC00026)
FIPA Contract Net Interaction Protocol Specification (SC00026).
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema SOA/MAS para o demonstrador
Vídeo com a Simulação do Demonstrador
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema de manufatura para o demonstrador usando IEC61131
Ter um paralelo entre um sistema tradicional com gerenciamento centrado no CLP
Software IsaGraf3.3
Linguagem Sequencial Function Chart- SFC.
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6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema de manufatura para o demonstrador usando IEC61131
Programa em SFC para o sistema tradicional com gerenciamento centrado no CLP
A fim de garantir-se que possíveis desvantagens da versão CLP não fossem devido a uma programação inadequada, solicitou-se o apoio de um especialista em programação de CLP
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
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7. RESULTADOS E ANÁLISES Métricas de comparação
Métricas Justificativa técnica Forma de obtenção Critério para avaliação
Variação do Tempo de produção com
aumento das estações.
O aumento de estações de produção não deve acarretar
aumento no tempo de produção.
Montar o sistema com 1 estação e solicitar 1
produto, cronometrando a montagem. Repetir isto
para 2, 3, 4, 5 e 6 estações.
O acréscimo no tempo de produção em função
do aumento das estações deve ser o
menor possível.
Manter a produção com a retirada de
estações.
Em caso de falha em uma estação, o sistema de
montagem deve continuar o processo, cabendo a outra estação absorver a tarefa
faltante.
Montar o sistema com estações em que 2 delas tem a mesma habilidade. Requerer esta habilidade no produto e, durante o processo, desligar uma
das estações.
Sendo o sistema modular, saindo uma das
estações,outra deve assumir a tarefa,
admitindo ter a mesma funcionalidade, sem
requerer alteração na programação.
Manter a produção com a inserção de
estações.
Em caso de formação de gargalo, o sistema deve
permitir que mais estações sejam inseridas em auxílio ao
sistema de montagem.
Montar o sistema com estações com
habilidades distintas. Requerer produto e, durante o processo,
inserir mais uma estação com a mesma
habilidade.
O sistema deve permitir expansão. A inserção de uma estação não deve requerer alterações na
programação, nem demandar uma parada
do sistema.
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métricas de comparação
Métricas Justificativa técnica Forma de obtenção Critério para
avaliação
Quantidade de memória ocupada
pelo programa somando todo o
sistema.
A quantidade de memória ocupada define a
necessidade de capacidade computacional do sistema
para implantação.
Montar o sistema com 6 estações e solicitar a
montagem de 1 produto. Monitorar o tamanho da memória
ocupada.
Quanto menor a ocupação de memória
melhor será seu desempenho.
Competências necessárias para
operar e implementar as alterações no
sistema de montagem.
Maior complexidade na implementação de
alterações remete a necessidade de
conhecimentos específicos do operador/programador do
sistema.
Propor mudanças no sistema de montagem e
identificar as capacidades
necessárias ao operador para implementar a modificação.
Quanto menor o conhecimento
requerido, mais operacional o programa
torna-se quando aplicado em produção
industrial.
Linhas de código de programação.
O número de linhas de código de um programa
denota o esforço de programação.
Contagem das linhas de código ou elementos
lógicos inseridos.
O número de linhas de código deve ser o menor possível.
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "tempo de produção com aumento das estações"
Número de estações
Tempo Médio (em s)
1 13,794 2 13,806 3 13,812 4 13,812 5 13,812 6 13,812
Fator SQ GDL MQ Fo Ft(0,95;n1;n2) A 0,0014 5 0,000286 2,02 < 2,62 Erro 0,0034 24 0,000142 Total 0,0048 29
Fator SQ GDL MQ Fo Ft(0,95;n1;n2) A 65,16 5 13,03 6,50 > 2,62 Erro 48,11 24 2,00 Total 113,28 29
Número de estações
Tempo Médio (em s)
1 26,72 2 27,33 3 28,26 4 28,82 5 29,87 6 31,10
(MONTGOMERY, 2001)
Confiabilidade de 95% Acréscimo de estações não é significativo
Confiabilidade de 95% Acréscimo de estações é significativo
SOA / MAS CLP
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "manter a produção com a retirada de estações"
Estação retirada
SOA CLP
1 O sistema passou a ser montado pelas estações 2 e 3. Não houve necessidade de reprogramação.
O sistema passou a ser montado pelas estações 2 e 3. Não houve necessidade de reprogramação.
2 O sistema passou a ser montado pelas estações 1 e 3. Não houve necessidade de reprogramação.
O sistema passou a ser montado pelas estações 1 e 3. Não houve necessidade de reprogramação.
3 O sistema passou a ser montado pelas estações 1 e 2. Não houve necessidade de reprogramação.
O sistema passou a ser montado pelas estações 1 e 2. Não houve necessidade de reprogramação.
A retirada de estações em ambos sistemas não prejudica a continuidade de produção
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "manter a produção com a inserção de estações"
Estação inserida
SOA CLP
4
As montagens que necessitam da estação 1 passaram também a ser encaminhadas para a estação 4, diminuindo o gargalo. Não houve necessidade de reprogramação
As montagens que necessitam da estação 1 passaram a serem encaminhadas para estação 4 quando esta estava ocupada, diminuindo o gargalo. Houve a necessidade de parada do sistema e reprogramação do CLP, inserindo um trecho de programa com lógica semelhante ao da estação 1
CLP a inserção de mais uma estação requeriu que o sistema fosse desligado para que a reprogramação do CLP ocorresse.
SOA/MAS o sistema pode expandir-se sem a necessidade de parar ou reprogramar o sistema.
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "quantidade de memória ocupada pelo programa"
Estação inserida
CLP SOA memória
(em bytes) Normalizada memória
(em bytes) Normalizada
1 2.331.622 1,0000 87.004 1,0000
2 2.349.510 1,0077 90.020 1,0346
3 2.365.781 1,0146 100.444 1,1544
4 2.381.263 1,0213 119.040 1,3682
5 2.396.824 1,0280 127.712 1,4678
6 2.412.464 1,0346 158.200 1,8183
CLP há pouco incremento de memória. Variação de estações de 1 a 6 � 4%.
SOA/MAS há grande incremento de memória. Variação de estações de 1 a 6 � 82%.
Normalizado para 1 estação inserida
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "competências necessárias ao operador do sistema de montagem"
Atividades SOA CLP
Ligar e preparar o sistema de montagem para o trabalho.
operar sistemas industriais; operar sistema operacional de computador;
operar sistemas industriais;
Solicitar montagens de produtos.
operar sistemas industriais; operar sistema operacional de computador;
operar sistemas industriais;
Retirar estações de montagem no sistema.
operar sistemas industriais; operar sistema operacional de computador;
operar sistemas industriais;
Inserir estações de montagem no sistema.
operar sistemas industriais; operar sistema operacional de computador;
operar sistemas industriais; operar sistema operacional de computador; programar controladores lógicos.
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7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "linhas de código de programação"
Elementos no sistema
SOA CLP linhas de código
Normal. Elementos lógicos e comandos
Normal.
1 estação e 1 palete 620 1 58 1,00 2 estação e 1 palete 620 1 94 1,62 3 estação e 1 palete 620 1 130 2,24 4 estação e 1 palete 620 1 166 2,86 5 estação e 1 palete 620 1 202 3,48 6 estação e 1 palete 620 1 238 4,10
Quanto maior o número de linhas de código, maior é o esforço de programação requerido
Conceito SOA/MAS - desenvolvido em JAVA. Linha de programação = linhas de código
CLP - linguagem SFC, cada componentes lógicos utilizados = linhas de código
Interface gráfica para exibir o resultado da simulação -> visualizar o estado da manufatura
Os códigos destas interfaces não é considerado para análise desta métrica
Normalizado para 1 estação e 1 palete
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7. RESULTADOS E ANÁLISES Análise dos resultados
Métrica Análise Sistema de melhor
desempenho Variação do Tempo de
produção com aumento das estações
Em CLP o acréscimo de estações não é significativo para o tempo de produção, diferente do SOA, onde o acréscimo de estações afeta o tempo de produção
CLP
Manter a produção com a retirada de estações
A retirada de estações em ambos sistemas não prejudica a continuidade de produção, desde que outras estações tenham habilidades idênticas às da estação que saiu
Desempenho igual
Manter a produção com a inserção de estações
No CLP para inserção de uma nova estação foi necessário desligar e reprogramar novamente. Já no SOA bastou instanciar a nova estação
SOA
Quantidade de memória ocupada pelo programa
Com CLP a quantidade de memória ocupada aumentou em 4%, de 1 para 6 estações. Já em SOA há uma diferença de 82% de 1 para 6 estações
CLP
Competências necessárias ao
operador do sistema de montagem
Em SOA, a operação do sistema requer conhecimentos básicos de sistema operacional, mesmo para inserção e retirada de estações. No CLP é necessário um programador para realizar as alterações no sistema
SOA
Linhas de código de programação
Em SOA, por se tratar de instâncias, o esforço de programação é único. Já em CLP a cada inserção de estação torna-se necessário acrescentar códigos
SOA
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8. CONCLUSÕES
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8. CONCLUSÕES
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1. Analise do estado da arte sobre pesquisas que propõem o uso de MAS e SOA em manufatura;
2. Proposta de abordagem que combine MAS e SOA;
3. Implementação e validação da proposta em um sistema flexível de manufatura;
4. Comparação do desempenho da proposta comparada com métodos "tradicionais“.
Resgatando os objetivos.
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8. CONCLUSÕES
• Arquitetura orientada a serviços utilizando sistemas multi-agentes aplicados em manufatura; industrial se propõe a ser mais uma alternativa de gerenciamento de dispositivos de automação da produção;
• SOA/MAS oferece funcionalidades mais adequadas à diversificação de produção, sem o propósito de substituir outras tecnológicas;
• A utilização da plataforma JADE na implementação em JAVA trouxe ao sistema multi-agente a estrutura de comunicação entre os dispositivos, e uma linguagem estruturada, universalmente conhecida;
• Fator maturidade tecnológica dos sistemas operacionais vigentes frente aos requisitos de chão de fábrica, também é um empecilho;
• Ambos conceitos podem serem complementares, e ser implementados em conjunto para formar um sistema de manufatura;
• A proposta de abordagem de um sistema de manufatura com gerenciamento em SOA/MAS mostrou-se eficaz na maioria das métricas analisadas.
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9. TRABALHOS FUTUROS
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9. TRABALHOS FUTUROS
• Implementar o sistema de montagem e transporte real, a fim de que se torne uma planta didática, servindo para estudos, ensaios e demonstrações de arquiteturas orientadas a serviços utilizando sistemas multi-agentes, com cunho didático-pedagógico;
• Os conceitos de sistemas produtivos em SOA/MAS abrem espaço para desenvolvimento de sistemas que possam realizar inspeção, promover controle de qualidade, promover o momento de realizar manutenções preditivas, entre outros serviços;
• Se propõe à concepção de sistema multi-agente com arquitetura orientada a serviços que possa inspecionar outros agentes e auxiliá-lo na sua transformação (evolução) para compor outro serviço que originalmente não possuía.
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10. ARTIGOS SUBMETIDOS
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10. ARTIGOS SUBMETIDOS
IEEE International Conference on Computer Science and Automation Engineering CSAE 2012
SOA – Service-oriented architecture for automation of industrial manufacturign
Pelo PPGEE 01/2011, o auxílio para publicações/apresentações de
mestrando ocorre somente para América Latina.
Não consegui outra forma de patrocínio.
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10. ARTIGOS SUBMETIDOS
XIX Congresso Brasileiro de Automática – CBA2012
When agents meet manufacturing: paradigms and implementations.
Solicitado Auxílio ao PPGEE
Consegui patrocínio com empresa
privada.
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11. REFERÊNCIAS
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11. REFERÊNCIAS
Artigos Científicos (31) ALSTERMAN; ONORI, 2004 BARATA et al., 2001 BARATA; MENDES; RIBEIRO, 2008 BARATA; RIBEIRO; COLOMBO, 2007 BUSSMANN, 1998 CAVALCANTE; PEREIRA; BARATA, 2010 COLOMBO et al., 2008 FERRARINI et al., 2005 FERRARINI; VEBER; LORENTZ, 2003 FERREIRA, 2009 FLORES et al., 1999 GU et al., 2011 HERRERA et al., 2008 JAMES; SMIT, 2005 LEITÃO et al., 2001
LEITÃO; RESTIVO, 2001 LORENTZ et al., 2003 MENDES et al., 2008 NILSSON; PIRES; VEIGA, 2007 ONORI et al., 2006 OROZCO; LASTRA, 2006 PEREIRA; CARRO, 2007 QUINN et al., 1997 REN; TAO; ZHANG, 2010 REN; LUQING; CHUANG, 2004 RESTIVO.; LEITÃO, 2008 SCHWAB et al., 2004 THARUMARAJAH; WELLS; NEMES, 1998 UEDA, 1992a UEDA, 1992b VRBA; MARIK, 2010
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11. REFERÊNCIAS
Trabalhos de Conclusão, Dissertação e Tese (7) GUIMARÃES, 2005 BARROS, 2006 FLEISCHHAUER, 1996 CAVALCANTE, 2012 OLIVEIRA, 1994 SATO, 2007 SILVA, 2003
Livros (11) BELLIFEMINE; CAIRE; GREENWOOD, 2004 DEITEL, DEITEL, 2007 FRANCHI; CAMARGO, 2011 GEORGINI, 2000 JÓZEFOWSKA, 2007 KUSIAK, 1986 MONTGOMERY, 2001 OHNO, 1997 SHINGO, 1996 SILVEIRA, 1999 ZYLSTRA, 2006
Sites (5) FESTO, 2011 FIPA, 2011 SODA, 2011 TILAB, 2011 TORERO, 2011
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12. QUESTIONAMENTOS
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13. MENSAGEM FINAL
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13. MENSAGEM FINAL
“VOCÊ NÃO SABE O QUANTO EU CAMINHEI.... PRÁ CHEGAR ATÉ AQUI. PERCORRI MILHAS E MILHAS ANTES DE DORMIR... EU NÃO COCHILEI !”
Grupo Cidade Negra
MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO QUE DISPUSERAM. Foi um privilégio estar com vocês.
Biografia João Alvarez Peixoto
Título: ?
Resumo: ?
Palavras-chave:
Empenho Dedicação
Persistência
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