VDI VDE 2653 Blatt 3-2012 Multi-agent systems in industrial automation - Application.pdf

1、 ICS 35.240.50 VDI/VDE-RICHTLINIEN Mrz 2012 March 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Agentensysteme in der Automatisierungstechnik Anwendung Multi-agent systems in industrial automation Application VDI/VDE 2653 Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Ri

2、chtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Industrielle Informationstechnik VDI/VDE-Handbuch Automatisieru

3、ngstechnik VDI-Handbuch Informationstechnik, Band 1: Angewandte Informationstechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:01.11Entwurf, deutschFormeredition:01/11Draft,inGerman onlyZubeziehendurch/ AvailableatBeuthVerl

4、agGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Erfahrungsbericht Materialflusssystem“ 3 3 Erfahrungsbericht Hydraulische Presse“ . 5 4 Erfahrungsbericht Energie

5、managementsystem fr Wohngebude“ . 8 5 Erfahrungsbericht Produktionsleitsystem“ 10 6 Erfahrungsbericht Ablaufplanung bei flexiblen Fertigungssystemen“ . 12 7 Erfahrungsbericht Transportdisposition“ 14 8 Erfahrungsbericht Modulare Produktionsanlage“ . 17 9 Erfahrungsbericht Testmanagement von Automati

6、sierungssystemen“ . 19 10 Erfahrungsbericht Stahlproduktionssystem“. 21 11 Erfahrungsbericht Produktionssystem“ . 23 Schrifttum 28 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Case study “Material handling system” . 3 3 Case study “Hydraulic press” . 5 4 Case study “Energy management system for

7、 the residential building” . 8 5 Case study “Production control system” . 10 6 Case study “Operations scheduling in flexible manufacturing systems” 12 7 Case study “Transportation planning” . 14 8 Case study “Modular production machine” . 17 9 Case study “Test management of automation systems” . 19

8、10 Case study “Steel production system” 21 11 Case study “Production system” 23 Bibliography 28 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2653 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser

9、 Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie

10、ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser R

11、ichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2653. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocop

12、ying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express ou

13、r gratitude to all honorary contributors to this guideline. A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/2653. Einleitung Bei modernen Automatisierungssystemen gewin-nen Anforderungen an die Flexibilitt (Anpas-sungsfhigkeit, Skalierbar

14、keit und Integrationsf-higkeit) zunehmend an Bedeutung. Vielfach ist jedoch noch unklar, wie die gewnschte Flexibili-tt bei der Entwicklung eines Automatisierungs-systems erzielt und die dadurch entstehenden kom-plexen Ablufe und Verhaltensweisen beherrscht werden knnen. Mithilfe von Agenten wird es

15、 mglich, die notwendige Flexibilitt von Automa-tisierungssystemen systematisch zu entwerfen. In den letzten Jahren haben Agenten in den verschie-densten Bereichen den Weg in konkrete Anwen-dungen gefunden, beispielsweise im E-Business, in der Telekommunikation oder in der Logistik. In der industriel

16、len Automation werden bis auf weni-ge Ausnahmen die Vorteile von Agentensystemen bisher kaum genutzt. In der Automatisierungstech-nik besteht heute noch keine einheitliche Vorstel-lung darber, was unter Agenten genau zu verste-hen ist und wie agentenorientierte Automatisie-rungssysteme systematisch

17、entwickelt und reali-siert werden knnen. Im Fachausschuss Agentensysteme“ der VDI/ VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungs-technik erarbeiten Fachleute aus Wissenschaft und Industrie (Hersteller und Anwender von Automati-sierungssystemen sowie Hersteller und Anwender von Agentenplattformen) in f

18、reiwilliger Selbstver-antwortung VDI-Richtlinien zur Entwicklung und Anwendung von Agentensystemen in der Automa-tisierungstechnik. Diese beschreiben den Stand der Technik bzw. Stand der Wissenschaft in der Bun-desrepublik Deutschland und dienen als Entschei-dungshilfen bei der Erarbeitung und Anwen

19、dung Introduction In modern industrial automation systems, require-ments relating to flexibility (adaptability, scalabil-ity and integratability) are becoming increasingly important. In many cases, however, it remains unclear how to achieve the desired flexibility and how to control the complex proc

20、ess in the devel-opment of an industrial automation system and how the complex functional sequences and modes of behaviour thereby arising can be mastered. Us-ing agents it becomes possible to provide automa-tion systems with the necessary flexibility on a systematic basis. In recent years agents ha

21、ve found their way into specific applications in the most diverse fields, such as e-business, telecommunica-tions and logistics. Apart from a few exceptions the advantages of agent systems have so far hardly been exploited in industrial automation. There is still no uniform agreement in industrial a

22、utomation today as to what precisely is to be understood by an agent or how agent-oriented automation systems can be systematically developed and built. In the Technical Committee “Multi-agent systems” of the VDI/VDE Society Measurement and Auto-matic Control experts from science and industry (manuf

23、acturers and users of industrial automation systems as well as manufacturers and users of multi-agent platforms) are working together on a voluntary basis to prepare VDI Guidelines for the development and application of multi-agent sys-tems in industrial automation. These describe the state of the a

24、rt in technology and science in Ger-many and serve as decision-making aids in the development and application of multi-agent sys-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 2653 Blatt 3 / Part 3 3 vo

25、n Agentensystemen in der Automatisierungs-technik. VDI/VDE 2653 Blatt 1 beinhaltet Begriffe zu Agenten und deren Grundkonzepten, Eigenschaf-ten von Agentensystemen sowie ausgewhlte An-wendungsflle fr Agentensysteme in der Automa-tisierungstechnik. VDI/VDE 2653 Blatt 2 beinhaltet Kriterien zur Auswah

26、l und zum Vergleich agentenorientierter Entwicklungsmethoden, die Analyse existierender agentenorientierter Entwicklungsmethoden sowie Auswahlkriterien fr Agentenplattformen. VDI/VDE 2653 Blatt 3 beinhaltet Erfahrungsbe-richte aus der Industrie und von Universitten ber den Einsatz von Agentensysteme

27、n in verschiede-nen Anwendungsfeldern. Die Erfahrungsberichte enthalten jeweils die zu lsende Problemstellung des Anwendungsfelds mit der Ausgangssituation sowie die Lsung mit Agenten, deren Nutzen und die dabei gewonnene Erfahrung. tems in industrial automation. VDI/VDE 2653 Part 1 contains terms a

28、nd defini-tions relating to agents and their basic concepts, the characteristics of multi-agent systems as well as selected application cases for multi-agent sys-tems in industrial automation. VDI/VDE 2653 Part 2 contains criteria for select-ing and for comparing agent-oriented development methods,

29、for analyzing existing agent-oriented development methods as well as criteria for select-ing agent platforms. VDI/VDE 2653 Part 3 contains case studies from industry and from universities regarding the use of multi-agent systems in various fields of applica-tion. These case studies in each case pres

30、ent not only the problem to be solved in the particular field of application together with the initial situation but also the corresponding solution using agents, the benefits these provide and also what has been learnt from solving the situation. 1 Anwendungsbereich Die Benutzergruppe dieser Richtl

31、inie sind Anwen-der und Entwickler von Softwaresystemen in der Automatisierungstechnik. Die Richtlinie soll als Entscheidungshilfe dienen, wenn eine Entwicklung oder eine Anwendung von Agentensystemen in der Automatisierungstechnik in Erwgung gezogen wird. 1 Scope The user group at which this guidel

32、ine is aimed includes users and developers of software systems in industrial automation. The guideline aims to serve as a decision-making aid when development or application of multi-agent systems in industrial automation is being considered. 2 Erfahrungsbericht Materialflusssystem“ 2.1 Ausgangssitu

33、ation Das Materialflusssystem stellt einen Teilprozess eines automatischen Lagers dar und behandelt die Frderung von Transporteinheiten innerhalb des Intralogistiksystems. Dieser Prozess steuert den Materialfluss zentral und verbindet weitere Ge-werke wie Regalbediengerte, Frdertechniksteue-rung und

34、 Lagerverwaltungssystem. Die physikali-sche Ausprgung der Topologie automatischer Kleinteilelager eignet sich optimal zur bertra-gung der Modularisierung auf die Software des Materialflusssystems. Dies bietet Potenzial zur Optimierung von Entwicklungs- sowie Inbetrieb-nahmezeiten. 2.2 Problemstellun

35、g Als zentrale Einheit ist das Materialflusssystem einer hohen Netzwerk- und Rechnerlast ausgesetzt. Dies resultiert aus der Zentralisierung der Soft-ware, gegenber der verteilten physikalischen To-pologie. Eine dezentrale Modularisierung bietet die 2 Case study “Material handling system” 2.1 Initia

36、l situation The material handling system is a sub-process of an automated storage facility and is responsible for moving transport units within the internal logistics system. This process controls the material flow centrally and connects together further facilities such as storage and retrieval mach

37、ines, conveyor system controllers and warehouse management systems. The physical form taken of the topology of the automated small-parts warehouse is emi-nently suitable for transferring modularization to the material handling system software. This offers potential for optimizing development times a

38、nd commissioning time. 2.2 Description of the problem As a central unit the material handling system is subject to a high network and computer load. This is the result of the centralized software as com-pared with a distributed physical topology. A de-centralized form of modularization makes it poss

39、i-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2653 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Mglichkeit, die Herausforderungen einer Anlage in Teilprobleme zu gliedern, die einzeln und mg-lichst unabhngig voneinander

40、betrachtet werden knnen. Diese Teilprobleme werden von Agenten abgedeckt, die ihre Aufgaben proaktiv, autonom und mithilfe von Nachrichtenaustausch untereinan-der lsen. Dadurch verteilt sich die Netzwerk- und Rechnerlast im System und vereinfacht die Ent-wicklung und Inbetriebnahme des Materialfluss

41、-systems. 2.3 Lsung mit Agenten Jeder physikalische Entscheidungspunkt in Form einer Weiche wird einem Softwareagenten zuge-ordnet. Dieser kann zusammen mit einem Identifi-kationssystem und einer Rechnereinheit ein me-chatronisches Modul an der Weiche bilden und bernimmt die Aufgabe der Weichensteue

42、rung fr jede ankommende Transporteinheit. Zwei verbun-dene Entscheidungspunkte ergeben eine Strecke, die von einem der Knoten verwaltet wird, um Stre-ckenauslastungen in die Entscheidungsfindung ein-flieen zu lassen. ber externe Kommunikation tauscht der Transporteinheitagent bentigte Infor-mationen

43、 mit anderen Agenten aus, um sein loka-les Wissen zu erweitern und somit effizient sein Ziel zu erreichen. Jeder Agent einer Transporteinheit bleibt solange im System vorhanden, bis seine Aufgabe erledigt und sein Workflow somit abgearbeitet ist. Dies beinhaltet den Transport der Einheit sowie Aufga

44、-ben zur Steuerung des Logistikprozesses und des Informationsaustauschs mit dem bergeordneten Gewerk (Lagerverwaltungssystem). Der Ausfh-rungsort der Agenten kann je nach Anforderungen variieren und ist flexibel. Dies wird durch mobile Transporteinheitsagenten realisiert, die von Ent-scheidungsstell

45、e zu Entscheidungsstelle migrieren und somit fr die Kommunikation mit den Platz-agenten am Ort des Geschehens agieren. Fr die globale berwachung des Systems sind Hilfsagenten zur Sammlung von Logging- und Backupdaten, zur Visualisierung der Anlage u. . implementiert. 2.4 Erfahrung und Nutzen Die Pro

46、bleme bzw. Herausforderungen einer Intralogistikanlage knnen in kleine Teilprobleme geteilt werden, von denen ein Groteil durch Stan-dardmodule abgedeckt werden kann. Dadurch las-sen sich Schwierigkeiten im Gegensatz zu her-kmmlichen zentralen Lsungen einfacher lokali-sieren und gezielter bewltigen.

47、 Hersteller von Frdertechnik knnen die einzelnen Elemente ei-ner Gesamtanlage zusammen mit einer mechatro-nischen Einheit ausliefern und somit die Basis-ble to break the challenges posed by a plant down into sub-problems, which can then be examined individually and independent to each other, if pos-

48、sible. These sub-problems are covered by agents who solve their problems proactively, autono-mously and by exchanging information amongst themselves. In this way the network and computer load is distributed within the system and the devel-opment and commissioning of the material han-dling system is

49、simplified. 2.3 The solution using agents Each decision point in form of a physical switch is assigned to a software agent. This, together with an identification system and a computer unit, can make up a mechatronic module at the track switch and take over the job of operating the track switch for each incoming transport unit. Two connected decision points represent a line section which is managed by one of the nodes in order to incorpo-rate line section utilization input into the decision-makin