Recent developments and future trends of industrial agents

The agent technology provides a new way to design and engineer control solutions based on the decentralization of control over distributed structures, addressing the current requirements for modern control systems in industrial domains. This paper presents the current situation of the development and deployment of agent technology, discussing the initiatives and the current trends faced for a wider dissemination and industrial adoption, based on the work that is being carried out by the IEEE IES Technical Committee on Industrial Agents

Analysis and evaluation of multi-agent systems for digital production planning and control

Industrial manufacturing companies have different IT control functions that can be represented with a so-called hierarchical automation pyramid. While these conventional software systems especially support the mass production with consistent demand, the future project “Industry 4.0” focuses on customer-oriented and adaptable production processes. In order to move from conventional production systems to a factory of the future, the control levels must be redistributed. With the help of cyber-physical production systems, an interoperable architecture must be, implemented which removes the hierarchical connection of the former control levels. The accompanied digitalisation of industrial companies makes the transition to modular production possible. At the same time, the requirements for production planning and control are increasing, which can be solved with approaches such as multi-agent systems (MASs). These software solutions are autonomous and intelligent objects with a distinct collaborative ability. There are different modelling methods, communication and interaction structures, as well as different development frameworks for these new systems. Since multi-agent systems have not yet been established as an industrial standard due to their high complexity, they are usually only tested in simulations. In this bachelor thesis, a detailed literature review on the topic of MASs in the field of production planning and control is presented. In addition, selected multi-agent approaches are evaluated and compared using specific classification criteria. In addition, the applicability of using these systems in digital and modular production is assessed

Increase the adoption of Agent-based Cyber-Physical Production Systems through the Design of Minimally Invasive Solutions

During the last few years, many approaches were proposed to offer companies the ability to have dynamic and flexible production systems. One of the conventional ap-proaches to solving this problem is the implementation of cyber-physical production sys-tems using multi-agent distributed systems. Although these systems can deal with several challenges faced by companies in this area, they have not been accepted and used in real cases. In this way, the primary objective of the proposed work is to understand the chal-lenges usually found in the adoption of these solutions and to develop a strategy to in-crease their acceptance and implementation. Thus, the document focuses on the design and development of cyber-physical produc-tion systems based on agent approaches, requiring minimal changes in the existing pro-duction systems. This approach aims of reducing the impact and the alterations needed to adopt those new cyber-physical production systems. Clarifying the subject, the author presents a definition of a minimal invasive agent-based cyber-physical production system and, the functional requirements that the designers and developers must respect to imple-ment the new software. From these functional requirements derived a list of design princi-ples that must be fulfilled to design and develop a system with these characteristics. Subsequently, to evaluate solutions that aim to be minimally invasive, an evaluation model based on a fuzzy inference system is proposed, which rank the approaches accord-ing to each of the design principles and globally. In this way, the proposed work presents the functional requirements, design principles and evaluation model of minimally invasive cyber-physical production systems, to increase the adoption of such systems

Echtzeitfähige Softwareagenten zur Realisierung cyber-physischer Produktionssysteme

Aktuelle ökonomische Trends, wie die zunehmende Globalisierung und die wachsende Technisierung und Individualisierung vieler Konsumgüter, führen im Hinblick auf die zur Fertigung dieser Güter eingesetzte Automatisierungstechnik zu steigender Komplexität und hohen Flexibilitätsanforderungen. Ein Konzept zur Adressierung dieser Anforderungen ist die Auslegung von automatisierten Anlagen als modulares System flexibel kombinierbarer cyber-physischer Komponenten. Die namensgebende Einheit von mechatronischem Bauteil und lokaler Rechenkapazität ermöglicht Herstellern solcher Komponenten, Softwarebausteine für typische Steuer-, Bedien- oder Diagnoseaufgaben gebrauchsfertig vorzubereiten und so den (Re-)Engineeringaufwand bei der (Um-)Gestaltung des Gesamtsystems deutlich zu reduzieren. Allerdings stellt diese Vision hohe Ansprüche an die zugrundeliegende Softwarearchitektur, die von den derzeit zur Realisierung automatisierter Systeme eingesetzten Technologien nicht vollständig erfüllt werden. Das Paradigma der Agentenorientierung ist ein tragfähiger Ansatz zur Realisierung solcher lose gekoppelten verteilten Systeme und stellt durch leistungsfähige Interaktionsmechanismen sowie die enge Integration von semantischem Wissen zusätzliche Funktionalität in Aussicht: Als Agenten ausgelegte Komponenten könnten auch die logische Vernetzung untereinander während der Inbetriebnahme, nach Umrüstungen oder in Reaktion auf Betriebsstörungen teilweise selbst übernehmen. Dadurch ergeben sich Fähigkeiten wie Selbstkonfiguration und Selbstregeneration, die in der Fachliteratur unter dem Begriff Self-X zusammengefasst werden. Die fehlende Echtzeitfähigkeit, insbesondere in Bezug auf besagte Interaktionsmechanismen, hat jedoch bisher die Einsetzbarkeit von Agentensystemen in der Automatisierung limitiert und die Ausschöpfung der genannten Potentiale behindert. Deshalb wird in dieser Dissertation eine echtzeitfähige Laufzeitumgebung für Softwareagenten entworfen und anschließend die Überarbeitung bestehenden Kommunikationsmechanismen im Hinblick auf ihre Echtzeitfähigkeit vorgenommen. In diesem Kontext wird mit dem Konzept der semantischen Adressierung eine vielfältig einsetzbare Möglichkeit geschaffen, Nachrichten an ausgewählte Gruppen von Agenten mit bestimmten, semantisch beschriebenen Eigenschaften zur verschicken. Die dabei zur Wissensrepräsentation genutzten Taxonomie-Bäume bieten ein für viele Aufgabenstellungen ausreichendes Maß an Ausdrucksstärke und erlauben zudem die Verarbeitung unter harten Echtzeitbedingungen. Abschließend werden die geschaffenen Mechanismen in einem Antwortzeitmodell abgebildet, mit dem das rechtzeitige Reagieren eines Agentensystems auf lokal oder verteilt zu behandelnde Ereignisse überprüft und nachgewiesen werden kann. Damit wird ein Hauptkritikpunkt von Agentensystemen adressiert, was zu einer nachhaltigen Steigerung der Akzeptanz des Agentenparadigmas führen könnte. Während große Teile der erarbeiten Lösung als allgemeingültige Grundlagenforschung verstanden werden können, wird bei der Formulierung von Anforderungen, der Darstellung von Beispielen und der Erläuterung von Entwurfsentscheidungen immer wieder auf automatisierungstechnische Belange Bezug genommen. Außerdem wird am Ende der Arbeit eine kritische Bewertung der Ergebnisse vor dem Hintergrund eines möglichen Einsatzes in zukünftigen Automatisierungssystemen durchgeführt und damit das Gesamtbild abgerundet

Evaluating a holonic packing cell

Nowadays there is a proliferation of research into multi-agent and holonic systems. These systems are being applied to environments including production, supply chain and warehousing to increase the flexibility, openness and mass-customisation of e-manufacturing operations. One such example is the Holonic Packing Cell demonstrator at Cambridge University's Institute for Manufacturing. However, there is very little basis for evaluating how well such systems have been built or how they will operate once they are deployed into pragmatic shop-floor settings. This paper is an initial step in filling this void by proposing a framework to evaluate holonic systems with respect to: (i) the performance of their controlled operations, (ii) the applicability of the software and control systems, and (iii) the methodology used