Einsatzmöglichkeiten in der Logistik - Institut für Automatisierungs ...

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Einsatzmöglichkeiten in der Logistik - Institut für Automatisierungs ...

Universität Stuttgart

Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner



Peter Göhner

2. Branchenforum Automobil-Logistik

27. Januar 2005, Stuttgart


Beispiel Produktionssysteme

Energiemanagement

Aufgabe:

Verteilung der verfügbaren Energie auf

einzelne Verbraucher

Verfügbarkeit elektrischer Energie für

sicherheitsrelevante Verbraucher

Elektronische Systeme im Fahrzeug

Verbraucherleistung =

3-5 mal größer als Generatorleistung

Bedarfsorientierte temporäre

Deaktivierung von Verbrauchern

Herausforderungen:

Ausfall Bordnetzsteuergerät

Ausfall Energiemanagement?

Ausfall sicherheitsrelevanter Verbraucher?

Sicherheitskritische Verbraucher

Neue Energiequelle oder Verbraucher

Neuentwicklung Energiemanagement

erforderlich?


Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Automatisierungssystemen

Struktur

Verhalten

Ressourcen- und Leistungsverteilung

Aufgabenverteilung

Prinzipielle Lösungen:

1) Entwicklung von Automatisierungssystemen unter Berücksichtigung aller

möglichen Situationen

Problem: Änderungen von Struktur und Verhalten nicht immer vorhersehbar

Abhängig von Umgebung des Systems

Abhängig von aktueller Konfiguration

2) Entwicklung von Automatisierungssystemen, die in der Lage sind, sich

im Betrieb entsprechend der aktuellen Situation selbst zu organisieren



z.B. Reaktion auf Sensorausfall

z.B. Dynamische Abläufe


Agentenorientierte Softwareentwicklung

Beispiel Energiemanagement im Kfz

Einsatzmöglichkeiten in der Logistik

Zusammenfassung


Agent:


Softwareeinheit mit definiertem Ziel


Autonomes Verhalten zur Erreichung des Ziels


Interaktion mit Umgebung und anderen Agenten


Dauerhafte Beibehaltung des inneren Zustandes


Grundkonzepte der agentenorientierten Denkweise

Kontrolle über

Zustand und

Verhalten

Hohe Abstraktion

(z.B. Verhandlung)

Zustand und Verhalten

Autonomie

Interaktion

Kapselung

Agent

Zielorientierung

Aktivität

• Ziele vorgegeben

• Bestimmen Verhalten

• Ggf. anpassbar

Proaktivität (vorausschauendes

Verhalten,

Eigeninitiative)

• Fortlaufender Kontrollfluss

• Unabhängig von Aktivierung

Persistenz

Reaktivität (Umwelt wahrnehmen

und reagieren)

Jeder Agent ist ein eigenständiges Element eines Softwaresystems


!

Problemanalyse


Finden von Zielen des Systems

Teilziel 1

Gesamtziel

Teilziel 2

Teilziel 2.1 Teilziel 2.2

Problemdekomposition



Zusammenfassen kohärenter Ziele

zu Rollen

Rollen haben konkrete Aufgaben

Rolle A

Teilziel 1

Rolle B

Teilziel 2

Teilziel 2.2

Agentenidentifikation

Agenten = aktive Elemente im System

Aufgaben und Entscheidungsträger

Übernahme einer oder mehrerer Rollen

Agent1

Rolle A

Rolle B

Fusion der Einzellösungen

Agentensystem

Gesamtlösung

Rolle A

Agent1

Rolle B

Agent3

Rolle D

Rolle C

Agent2


"

Für welche Probleme ist die agentenorientierte Denkweise geeignet?

Problembereich

Dezentrale Systeme

Verteilte Strukturen, lokale Autonomie

Systemübergreifende Abhängigkeiten

Strukturell veränderbare Systeme

Nicht alle Strukturinformationen

zur Entwurfszeit bekannt

Struktur ändert sich dynamisch

Systeme mit komplexen, variablen Abläufen

Abläufe a priori nicht genau bestimmbar

Kooperative Systeme

Umfangreiche Koordinationsprozesse notwendig

Flexibles, dynamisches Verhalten

Beispiele

Verteilte Automatisierungssysteme

Automatisierungsanlagen,

Transportsysteme,

Verkehrssysteme

Produktionssysteme,

Roboter, Logistik

E-Business, Logistik,

Energiemanagement


Agentenorientierte Softwareentwicklung

Beispiel Energiemanagement im Kfz

Einsatzmöglichkeiten in der Logistik

Zusammenfassung


#$%

Bisherige zentrale Lösung:

Aktivierung bzw. Deaktivierung von Verbrauchern

durch Bordnetzsteuergerät

Wie kann das Energiemanagement realisiert werden?

Potential zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Energiemanagements

Vermeidung eines Single Point of Failure!

Redundante Auslegung des Bordnetzsteuergeräts teuer!

Dezentrale Lösung: Energieverteilung durch alle Verbrauchersteuergeräte

Wissen und Entscheidungsprozesse im Netzwerk verteilt

Agentenorientierter Lösungsansatz!


"

Ziele des dezentralen Energiemanagements

Konsistenten

Systemzustand

gewährleisten

Sicherheit

gewährleisten

Fairness

gewährleisten

Defekte

behandeln

Bordnetzzustand

ermitteln

Bordnetzzust.

propagieren

Bordnetzzust.

auswerten

„unfair“

vermeiden

„unfair“

erkennen und

auflösen

Defekte

erkennen

Notfallmaßnahmen

einleiten

Leistungsreserve

ermitteln

Ladungszust.

ermitteln

„unsicher“

vermeiden

„unsicher“

erkennen und

auflösen

am

BSG

an den

SG


"

Ziele des dezentralen Energiemanagements

Konsistenten

Systemzustand

gewährleisten

Sicherheit

gewährleisten

Fairness

gewährleisten

Defekte

behandeln

• Ausreichende

Bordnetzzustand

ermitteln

Leistungsreserve

des Generators

• Ausreichender

Leistungsreserve

ermitteln

Ladungszust.

ermitteln

Ladungszustand

des Akkumulators

Bordnetzzust.

propagieren

• Kein Bordnetzzust. Verbraucher „unnötig“ „unfair“ deaktiviert,

„unfair“

auswerten vermeiden erkennen und

obwohl verfügbare Generatorleistung auflösen

ausreichend

• „unsicher“ Kein hochpriorer „unsicher“ Verbraucher deaktiviert,

vermeiden

weil niederpriorer erkennen und Verbraucher in Betrieb

auflösen

ist und „ihm die Leistung wegnimmt“

Defekte

erkennen

am

BSG

an den

SG

Notfallmaßnahmen

einleiten

• Steuergeräte, die

Deaktivierungsaufforderung

nicht

nachkommen

• Ausschluss aus dem

System (Hardwareseitige

Abtrennung)

Rollen des dezentralen Energiemanagements ermitteln

Konkrete Teilaufgaben im System

Ableitung der Rollen aus kohärenten Zielen


"#

Rollen des dezentralen Energiemanagements

Konsistenten

Systemzustand

gewährleisten

Sicherheit

gewährleisten

Fairness

gewährleisten

Defekte

behandeln

Bordnetzzustand

ermitteln

Bordnetzzust.

propagieren

Bordnetzzust.

auswerten

„unfair“

vermeiden

„unfair“

erkennen und

auflösen

Defekte

erkennen

Notfallmaßnahmen

einleiten

Leistungsreserve

ermitteln

Ladungszust.

ermitteln

„unsicher“

vermeiden

„unsicher“

erkennen und

auflösen

am

BSG

an den

SG

Rolle Energiewächter

Rolle Sicherheitswächter

Rolle Fairnesswächter

Rolle Defektewächter

Agenten des dezentralen

Energiemanagements ermitteln

Aktive Elemente im System

Verteilung der Rollen auf Agenten


Agenten des dezentralen Energiemanagements

Konsistenten

Systemzustand

gewährleisten

Sicherheit

gewährleisten

Fairness

gewährleisten

Defekte

behandeln

Bordnetzzustand

ermitteln

Bordnetzzust.

propagieren

Bordnetzzust.

auswerten

„unfair“

vermeiden

„unfair“

erkennen und

auflösen

Defekte

erkennen

Notfallmaßnahmen

einleiten

Leistungsreserve

ermitteln

Ladungszust.

ermitteln

„unsicher“

vermeiden

„unsicher“

erkennen und

auflösen

am

BSG

an den

SG

Rolle Energiewächter

Rolle Sicherheitswächter

Rolle Fairnesswächter

Rolle Defektewächter

BSG-Agent

im Bordnetzsteuergerät

SG-Agent

in den Steuergeräten


& !'

Prinzip: Alle Agenten beobachten Umgebung und greifen bei Bedarf ein

Voraussetzung: Ein aktuelles Prozessabbild, bestehend aus:

1. Den Kenngrößen des

Bordnetzzustands

2. Einer Liste der aktiven Verbraucher

Ladungszustand

Leistungsreserve

60%

+40 W

Verbraucher

Leistungsbed.

Priorität

1

100 W

3

2

210 W

5

3

170 W

8

Woher kommt das Prozessabbild?

1. BSGA meldet regelmäßig die Kenngrößen des Bordnetzzustands (an alle,

broadcast)

2. Jeder SGA, der einen Verbraucherzustand ändert, meldet dies auf dem CAN-Bus

(an alle, broadcast)

3. Jede Zustandsänderung ergibt auch einen neuen berechneten Bordnetzzustand

Agenten sind immer über aktuellen Systemzustand informiert

Wächterrollen prüfen den Zustand permanent und greifen bei Bedarf ein


Agentenorientierte Softwareentwicklung

Beispiel Energiemanagement im Kfz

Einsatzmöglichkeiten in der Logistik

Zusammenfassung


(

Einsatz von Multiagentensystemen für die dynamische, marktorientierte

Produktion unter Berücksichtigung der vielfältigen Wechselwirkung

zwischen

Vertrieb

Entwicklung

Fertigung

Montage

Agentenorientiertes Logistikkonzept

Anpassungsfähigkeit der Organisations- und Betriebsprozesse auf kurzfristige

Nachfrageänderungen

Kooperative Vernetzung der Produktions-, Vertriebs- und Logistikprozesse

anstatt einer hierarchischen Gliederung

Ganzheitliche Planung, flexible Ausführung

Integration von Applikationsebene und Kommunikationsebene durch ein

einheitliches Lösungskonzept


() #

Offenes, dynamisches Netzwerk aus autonomen Elementen

Entwicklungs-, Montage-, Fertigungspartner, Lieferanten

Aufträge, Produkte, Bauteile, Montagestationen

Durch Agenten

vertreten

Modellierung und Entwicklung auf Basis der Konzepte der

agentenorientierten Softwareentwicklung

Entwicklungspartner

Lieferanten

Montagepartner

Fertigungspartner


*

Dynamisches Lokalisieren von potenziellen Partnern

Vertragsverhandlungen zwischen Elementen im Peer-to-Peer Netz

Agentenkommunikation auf Basis gemeinsamer Datenformate

#

+#!

Agent

Agent

Agent

Agent

Agent

Agent

Agent Agent Agent


Agentenorientierte Softwareentwicklung

Beispiel Energiemanagement im Kfz

Einsatzmöglichkeiten in der Logistik

Zusammenfassung


,

Was bietet die agentenorientierte Softwareentwicklung für die

Automatisierungstechnik und die Logistik?

… Konzepte für die Softwareentwicklung

Hilfsmittel für Entwicklung von verteilten, komplexen Systemen

Autonome Softwareeinheiten: zielorientiert, aktiv, kooperativ, flexibel und

anpassungsfähig

… Technologien für die Realisierung

Mechanismen für flexible Kommunikation und Interaktion

Infrastrukturkomponenten für dynamische Systemstrukturen

Was ist noch zu tun?

Praxistaugliche Lösungen zur Integration von Zeit- und Verlässlichkeitsaspekten

in agentenorientierte Systeme

Zukünftige technische Systeme:

flexible, dezentrale Netzwerke aus autonomen, kooperierenden Elementen


&

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.ias.uni-stuttgart.de/agenten

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