Autonome Fertigungszellen - Gestaltung, Steuerung und integrierte Störungsbehandlung:
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Berlin [u.a.]
Springer
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1 Einleitung 1
1.1 Ausgangssituation 1
1.2 Zielsetzung 3
1.3 Vorgehensweise 4
2 Stand der Forschung und Technik 5
2.1 Übersicht 5
2.2 Flexible Fertigungssysteme 5
2.3 Steuerungssysteme in der flexiblen Fertigung 7
2.3.1 Hierarchische Strukturierung der Steuerung 7
2.3.2 Die Leitebene 8
2.3.3 Die Zellenebene 10
2.3.4 Die Steuerungsebene 12
2.4 Störungsbehandlung in der flexiblen Fertigung 12
2.5 Autonome Systeme in der Technik 14
2.5.1 Einsatzbereiche autonomer Systeme 14
2.5.2 Definitionen des Begriffes Autonomie 14
2.5.3 Charakteristika autonomer Systeme 15
2.5.4 Steuerungskonzepte und -architekturen autonomer Systeme.... 16
2.6 Verteilte Künstliche Intelligenz 18
3 Analyse bestehender Ansätze und Systeme zur Steuerung und
Störungsbehandlung 20
3.1 Übersicht 20
3.2 System-und Steuerungsstrukturen 21
3.3 Störungsbehandlung 23
3.4 Integration von Steuerung und Störungsbehandlung 25
3.5 Einbindung des Benutzers im Rahmen der Steuerung und
Störungsbehandlung 28
3.6 Zusammenfassung und Ableitung von Anforderungen 28
4 Grundlagen für die Gestaltung autonomer Systeme in der Fertigung 31
- i -
Inhaltsverzeichnis 4.1 Übersicht 31
4.2 Aspekte der Autonomie 31
4.2.1 Übersicht 31
4.2.2 Technische Aspekte der Autonomie 33
4.2.3 Organisatorische Aspekte der Autonomie 34
4.2.4 Personelle Aspekte der Autonomie 35
4.3 Einflußfaktoren auf die Autonomie eines Systems 37
4.4 Systematisches Vorgehen für die Gestaltung autonomer Systeme 41
4.4.1 Übersicht 41
4.4.2 Vorgehensmodell 41
4.4.3 Designaspekte der aufgabenorientierten Modularisierung 43
4.4.4 Designaspekte der Verteilung der Steuerungskompetenz 44
4.4.5 Zusammenfassung der Designaspekte 46
4.5 Autonome Fertigungssysteme 47
4.5.1 Übersicht 47
4.5.2 Analyse der steuerungstechnischen Aufgaben 47
4.5.3 Aufgabenorientierte Modularisierung 48
4.5.3.1 Grundlagen 48
4.5.3.2 Autonome Fertigungszellen 48
4.5.4 Verteilung der Steuerungskompetenz 50
4.5.4.1 Alternative Szenarien der Auftragsbehandlung 50
4.5.4.2 Dezentrales Szenario der Auftragsbehandlung 51
4.6 Zusammenfassung 55
5 Konzept zur störungstoleranten Steuerung autonomer Fertigungszellen 56
5.1 Übersicht 56
5.2 Anforderungsprofil der Steuerung und Störungsbehandlung 56
5.3 Grundlagendes Konzepts 57
5.3.1 Analyse der steuerungstechnischen Aufgaben 57
5.3.2 Aufgabenorientierte Modularisierung 58
- ii -
Inhaltsverzeichnis
5.3.3 Verteilung der Steuerungskompetenz 59
5.3.4 Hierarchieebenen der Steuerung und Störungsbehandlung 61
5.3.5 Ebenenübergreifende Aspekte der Autonomie 63
5.3.6 Einbindung des Benutzers 66
5.4 Organisationsebene 69
5.4.1 Funktionen der Organisationsebene 69
5.4.2 Vorgabenorientierte Auftragsdisposition 71
5.4.2.1 Grundlagen der Auftragsdisposition 71
5.4.2.2 Vorgaben der Auftragsdisposition 73
5.4.2.3 Abbildung der Vorgaben auf die Zellendurchlaufzeit. 77
5.4.2.4 Algorithmus der Auftragseinplanung 78
5.4.2.5 Bewertung der Einplanung 81
5.4.3 Aspekte der Autonomie 81
5.5 Koordinationsebene 84
5.5.1 Steuerung von Abläufen mittels Petrinetzen 84
5.5.2 Phasen der Auftragsabwicklung 85
5.5.3 Störungsbehandlung in der Koordinationsebene 86
5.5.3.1 Motivation 86
5.5.3.2 Grundlagen der Störungsbehandlung 87
5.5.3.3 Störungserkennung 90
5.5.3.4 Störungslokalisierung 90
5.5.3.5 Störungsbehebung 91
5.5.3.6 Bewertung des Ansatzes zur Störungsbehandlung 93
5.5.4 Aspekte der Autonomie 93
5.6 Ausführungsebene 95
5.6.1 Generischer Aufbau der Agenten 95
5.6.2 Zustands- und Verhaltensmodellierung 96
5.6.3 Bildung und Durchführung von Agentenfunktionen 97
5.6.4 Synchronisationsschema zur Kooperation von Agenten 99
-iii -
Inhaltsverzeichnis 5.6.5 Aspekte der Autonomie 100
5.7 Zusammenfassung 102
6 Realisierung und Einsatzbeispiel 103
6.1 Übersicht 103
6.2 Realisierung des Systems zur störungstoleranten Steuerung 103
6.2.1 Grundlagen 103
6.2.2 Organisationsebene 105
6.2.3 Koordinationsebene 106
6.2.4 Ausführungsebene 107
6.2.5 Benutzeroberfläche 108
6.2.6 Simulationsumgebung 110
6.3 Einsatzbeispiel 110
6.3.1 Beschreibung der Fertigungszelle 110
6.3.2 Bildung von Agenten 112
6.3.3 Steuerungsstruktur 113
6.3.4 Abläufe in der Fertigungszelle 114
6.3.5 Behandlung auftretender Störungen 116
7 Zusammenfassung und Ausblick 118
8 Literaturverzeichnis 122
-iv -
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