UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - ESCOLA DE ENGENHARIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
JOÃO ALVAREZ PEIXOTO
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.
Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
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MOTIVAÇÃO
Arquitetura Orientada a Serviços
Sistemas interoperáveis,
Suportam sistemas autônomos
Autosuficiência
Funcionamento independente
Flexibilidade
Sistemas Multi-Agentes
Tecnologia de software
Capaz de modelar e implementar:
Comportamentos individuais
Comportamentos sociais
Utilizados no nosso dia-a-dia.
Sistemas telefonia, computadores, sistemas de
comunicação,...
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
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João Alvarez Peixoto
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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......
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
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MOTIVAÇÃO
Mas a INDÚSTRIA vê esta tecnologia
como algo duvidoso.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
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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.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Ing. Carlos Eduardo Pereira
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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.
A necessidade de minimização do tempo de inatividade de um sistema de
manufatura é outro fator considerável.
(JAMES; SMIT, 2005)
Necessidade de novos sistemas para realizar o controle da distribuição de
produção, através da integração de sistemas de informação e recursos de autoorganização, adaptando-se rapidamente às mudanças no ambiente
(LEITÃO; RESTIVO, 2001).
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1. INTRODUÇÃO
Novos paradigmas para sistemas de manufatura
Sistemas de produção que já se preocupavam com Agilidade e Diversidade
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)
Tentam atender...
Há Necessidade de
Diversidade
Há necessidade de desenvolver um novo produto
mais rapidamente, sem ter que parar a produção
do produto atual.
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1. INTRODUÇÃO
Novos paradigmas para sistemas de manufatura
Novos paradigmas para implementar sistemas de produção.
Sistemas Evolutivos de Manufatura - EAS
Sistemas Reconfiguráveis de Manufatura – RMS
Arquiteturas Orientadas a Serviço – SOA
Sistemas Multi-Agentes – MAS
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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.
(COLOMBO et al., 2008)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(GEORGINI, 2000)
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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
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)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(FLEISCHHAUER, 1996)
(LEITÃO et al., 2001)
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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
•
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.
(BARROS, 2006)
(CAVALCANTE; PEREIRA; BARATA, 2010)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(FESTO, 2011).
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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
•
Paralelo entre as propriedades de
sistemas biológicos e sistemas de
manufatura;
•
As células autônomas que trocam
informações para sintetizar órgãos;
•
BIMC – Bio-Inspired Manufacturing Cell
Cada órgão pode ser visto como simples
agentes autônomos.
(THARUMARAJAH; WELLS; NEMES, 1998)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(GU et al., 2011)
(UEDA, 1992a)
(UEDA, 1992b)
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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
•
Um sistema é um todo formado
por partes; sistemas complexos
irão evoluir a partir de sistemas
simples;
(CAVALCANTE; PEREIRA; BARATA, 2010)
(BUSSMANN, 1998)
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(ALSTERMAN; ONORI, 2004)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
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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
•
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.
(CAVALCANTE, 2012)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(BARATA et al., 2006)
(FERREIRA et al., 2009)
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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
•
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.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(VRBA; MARIK, 2011)
(COLOMBO et al., 2008)
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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
SISTEMA DE MANUFATURA COM ORIENTAÇÃO A SERVIÇOS
UTILIZANDO SISTEMAS MULTI-AGENTES
(VRBA; MARIK, 2011)
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(COLOMBO et al., 2008)
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3. TECNOLOGIAS DE SUPORTE A
SISTEMAS DE MANUFATURA
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
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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)
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(LEITÃO; RESTIVO, 2001)
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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
•
•
•
•
•
JADE (Java Agent Development Framework) é
uma plataforma implementada em linguagem
JAVA
Serviço de nomes;
Serviços de páginas amarelas;
Transporte de mensagens;
Serviços de análise;
Biblioteca de protocolos de interação FIPA.
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(SILVA, 2003)
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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
Um agente JADE é uma instância da classe
Agent.
Programadores ou desenvolvedores deverão
escrever seus próprios agentes como
subclasses de Agent.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(SILVA, 2003)
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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
Padrão FIPA-ACL encapsula uma mensagem, sendo dividido em campos com finalidades específicas
Sender
Receivers
Performative
Content
Language
Ontology
Outros campos
Recepção
Envio
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(BELLIFEMINE, 2004)
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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
Protocolo FIPA Request
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(BELLIFEMINE, 2004)
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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
Protocolo FIPA Contract Net
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(BELLIFEMINE, 2004)
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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”
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.
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.
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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
“Diagnosis Using Service Oriented Architectures (SOA)”
José Barata, Luis Ribeiro e Armando Colombo
•
Agentes monitoram e controlam seus
elementos físico-mecânicos;
•
Inspecionam cada parte do equipamento
e fornecem dados referentes ao seu
estado.
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.
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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
“On the use of Service Oriented Software Platforms for industrial robotic cells”
Nilsson, Pires e Veiga
•
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.
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.
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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
“Integrated And Distributed Manufacturing, A Multi-Agent Perspective”
José Barata, Raymond Boissier, Camarinha-Matos, Mohammed Raddadi e Francisco Restivo
Propõem o desenvolvimento
de aplicações de manufatura
distribuída com o uso de
sistemas multi-agentes;
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. 2729. Disponível em: <http://www.ipb.pt/~pleitao/papers/wesic2001.pdf >. Acesso em: 12 abr. 2011.
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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
“Capabilities of Dynamic Reconfiguration of Multiagent-Based Industrial Control
Systems”
Pavel Vrba e Vladimír Marík
•
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.
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.
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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
“A Multi-Agent-Based Remote Maintenance Support and Management System”
Yu Ren, Ye Luqing e Fu Chuang
•
Integrar as atividades relacionadas à manutenção de
uma empresa industrial, com o uso de estrutura multiagente;
•
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.
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.
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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
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).
5ª Etapa: interligar os agentes em uma plataforma de comunicação entre agentes.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
40
João Alvarez Peixoto
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - ESCOLA DE ENGENHARIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
41
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
42
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Programação do sistema SOA/MAS em JADE e FIPA
Implementação dos Agentes de Produto e Agentes de Recurso
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
43
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Programação do sistema SOA/MAS em JADE e FIPA
Junção dos protocolos CONTRACT NET e FIPA REQUEST
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
44
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
•
•
Substituir os dispositivos mecânicos;
Substituir a interface do agente com o meio físico
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
45
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
Agente Monitor
•
•
Implementado como Agente Monitor;
Habilidade de simular as posições,
estados e os movimentos dos
agentes na planta;
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
46
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Emulação em software do sistema demonstrador
Recurso disponível na Plataforma JADE
Remote Management Agent – RMA
Sniffer Agent (SA): fornece um diagrama de sequência UML
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(SILVA, 2003)
47
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
48
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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).
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
49
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
6. IMPLEMENTAÇÃO
Desenvolvimento do sistema SOA/MAS para o demonstrador
Vídeo com a Simulação do Demonstrador
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
50
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
51
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
52
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
53
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métricas
Variação do Tempo
de produção com
aumento das
estações.
Manter a produção
com a retirada de
estações.
Manter a produção
com a inserção de
estações.
Métricas de comparação
Justificativa técnica
Forma de obtenção
Critério para avaliação
Montar o sistema com 1
O acréscimo no tempo
O aumento de estações de
estação e solicitar 1
de produção em função
produção não deve acarretar produto, cronometrando
do aumento das
aumento no tempo de
a montagem. Repetir isto
estações deve ser o
produção.
para 2, 3, 4, 5 e 6
menor possível.
estações.
Sendo o sistema
Montar o sistema com
Em caso de falha em uma
modular, saindo uma das
estações em que 2 delas
estação, o sistema de
estações,outra deve
tem a mesma habilidade.
assumir a tarefa,
montagem deve continuar o
Requerer esta habilidade
admitindo ter a mesma
processo, cabendo a outra
no produto e, durante o
estação absorver a tarefa
funcionalidade, sem
processo, desligar uma
faltante.
requerer alteração na
das estações.
programação.
Montar o sistema com
O sistema deve permitir
estações com
Em caso de formação de
expansão. A inserção de
habilidades distintas.
gargalo, o sistema deve
uma estação não deve
Requerer produto e,
requerer alterações na
permitir que mais estações
durante o processo,
programação, nem
sejam inseridas em auxílio ao
inserir mais uma estação
sistema de montagem.
demandar uma parada
com a mesma
do sistema.
habilidade.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
54
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métricas de comparação
Justificativa técnica
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.
Competências
necessárias para
operar e
implementar as
alterações no
sistema de
montagem.
Propor mudanças no
Maior complexidade na
Quanto menor o
sistema de montagem e
implementação de
conhecimento
identificar as
requerido, mais
alterações remete a
capacidades
necessidade de
operacional o programa
necessárias ao
conhecimentos específicos
torna-se quando
operador para
do operador/programador do
aplicado em produção
implementar a
industrial.
sistema.
modificação.
Linhas de código
de programação.
O número de linhas de
código de um programa
denota o esforço de
programação.
Forma de obtenção
Critério para
avaliação
Métricas
Montar o sistema com 6
estações e solicitar a
Quanto menor a
montagem de 1
ocupação de memória
produto. Monitorar o
melhor será seu
tamanho da memória
desempenho.
ocupada.
Contagem das linhas O número de linhas de
código deve ser o
de código ou elementos
lógicos inseridos.
menor possível.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
55
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "tempo de produção com aumento das estações"
CLP
Fator
A
Erro
Total
SOA / MAS
Número de
estações
Tempo Médio
(em s)
Número de
estações
Tempo Médio
(em s)
1
2
3
4
5
6
13,794
13,806
13,812
13,812
13,812
13,812
1
2
3
4
5
6
26,72
27,33
28,26
28,82
29,87
31,10
SQ
0,0014
0,0034
0,0048
GDL
5
24
29
MQ
0,000286
0,000142
Fo
2,02
<
Ft(0,95;n1;n2)
2,62
Confiabilidade de 95%
Acréscimo de estações não é significativo
Fator
A
Erro
Total
SQ
65,16
48,11
113,28
GDL
5
24
29
MQ
13,03
2,00
Fo
6,50
>
Ft(0,95;n1;n2)
2,62
Confiabilidade de 95%
Acréscimo de estações é significativo
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
(MONTGOMERY, 2001)
56
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "manter a produção com a retirada de estações"
Estação
retirada
SOA
1
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.
3
O sistema passou a ser montado pelas
estações 1 e 2. Não houve necessidade
de reprogramação.
CLP
O sistema passou a ser
montado pelas estações 2 e 3.
Não houve necessidade de
reprogramação.
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 2.
Não houve necessidade de
reprogramação.
A retirada de estações em ambos sistemas não prejudica a
continuidade de produção
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
57
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "manter a produção com a inserção de estações"
Estação
inserida
4
SOA
As montagens que
necessitam da estação 1
passaram também a ser
encaminhadas para a
estação 4, diminuindo o
gargalo. Não houve
necessidade de
reprogramação
CLP
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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58
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "quantidade de memória ocupada pelo programa"
Estação
inserida
CLP
memória
Normalizada
(em bytes)
SOA
memória
Normalizada
(em bytes)
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
Normalizado para 1 estação inserida
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%.
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59
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "competências necessárias ao operador do sistema de montagem"
Atividades
SOA
Ligar e preparar o
operar sistemas industriais;
sistema de montagem operar sistema operacional de
para o trabalho.
computador;
Solicitar montagens
de produtos.
operar sistemas industriais;
operar sistema operacional de
computador;
Retirar estações de
montagem no
sistema.
operar sistemas industriais;
operar sistema operacional de
computador;
Inserir estações de
montagem no
sistema.
operar sistemas industriais;
operar sistema operacional de
computador;
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CLP
operar sistemas industriais;
operar sistemas industriais;
operar sistemas industriais;
operar sistemas industriais;
operar sistema operacional
de computador;
programar controladores
lógicos.
60
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Métrica "linhas de código de programação"
Elementos no
sistema
1 estação e 1 palete
2 estação e 1 palete
3 estação e 1 palete
4 estação e 1 palete
5 estação e 1 palete
6 estação e 1 palete
SOA
linhas de
Normal.
código
620
1
620
1
620
1
620
1
620
1
620
1
CLP
Elementos lógicos
e comandos
58
94
130
166
202
238
Normal.
1,00
1,62
2,24
2,86
3,48
4,10
Normalizado para 1 estação e 1 palete
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
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61
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Análise dos resultados
Métrica
Análise
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
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
No CLP para inserção de uma nova estação foi
necessário desligar e reprogramar novamente. Já no
SOA bastou instanciar a nova estação
Manter a produção com
a retirada de estações
Manter a produção com
a inserção de estações
Sistema de melhor
desempenho
CLP
Desempenho igual
SOA
Com CLP a quantidade de memória ocupada
Quantidade de memória
aumentou em 4%, de 1 para 6 estações. Já em SOA há
ocupada pelo programa
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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62
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
8. CONCLUSÕES
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
63
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
8. CONCLUSÕES
Resgatando os 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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64
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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 multiagente 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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65
João Alvarez Peixoto
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9. TRABALHOS FUTUROS
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66
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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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67
João Alvarez Peixoto
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10. ARTIGOS SUBMETIDOS
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68
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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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69
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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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70
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
11. REFERÊNCIAS
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71
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
72
João Alvarez Peixoto
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
11. REFERÊNCIAS
Trabalhos de Conclusão, Dissertação e Tese (7)
GUIMARÃES, 2005
BARROS, 2006
FLEISCHHAUER, 1996
CAVALCANTE, 2012
OLIVEIRA, 1994
SATO, 2007
SILVA, 2003
Sites (5)
FESTO, 2011
FIPA, 2011
SODA, 2011
TILAB, 2011
TORERO, 2011
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
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73
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12. QUESTIONAMENTOS
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74
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13. MENSAGEM FINAL
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75
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13. MENSAGEM FINAL
Biografia
João Alvarez Peixoto
Título: ?
Resumo: ?
Palavras-chave:
Empenho
Dedicação
Persistência
“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.
Dissertação Mestrado – Orientação Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira
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João Alvarez Peixoto