Agent and cyber-physical system based self-organizing and self-adaptive intelligent shopfloor

The increasing demand of customized production results in huge challenges to the traditional manufacturing systems. In order to allocate resources timely according to the production requirements and to reduce disturbances, a framework for the future intelligent shopfloor is proposed in this paper. The framework consists of three primary models, namely the model of smart machine agent, the self-organizing model, and the self-adaptive model. A cyber-physical system for manufacturing shopfloor based on the multiagent technology is developed to realize the above-mentioned function models. Gray relational analysis and the hierarchy conflict resolution methods were applied to achieve the self-organizing and self-adaptive capabilities, thereby improving the reconfigurability and responsiveness of the shopfloor. A prototype system is developed, which has the adequate flexibility and robustness to configure resources and to deal with disturbances effectively. This research provides a feasible method for designing an autonomous factory with exception-handling capabilities

Agent-based distributed manufacturing control: a state-of-the-art survey

Manufacturing has faced significant changes during the last years, namely the move from a local economy towards a global and competitive economy, with markets demanding for highly customized products of high quality at lower costs, and with short life cycles. In this environment, manufacturing enterprises, to remain competitive, must respond closely to customer demands by improving their flexibility and agility, while maintaining their productivity and quality. Dynamic response to emergence is becoming a key issue in manufacturing field because traditional manufacturing control systems are built upon rigid control architectures, which cannot respond efficiently and effectively to dynamic change. In these circumstances, the current challenge is to develop manufacturing control systems that exhibit intelligence, robustness and adaptation to the environment changes and disturbances. The introduction of multi-agent systems and holonic manufacturing systems paradigms addresses these requirements, bringing the advantages of modularity, decentralization, autonomy, scalability and re- usability. This paper surveys the literature in manufacturing control systems using distributed artificial intelligence techniques, namely multi-agent systems and holonic manufacturing systems principles. The paper also discusses the reasons for the weak adoption of these approaches by industry and points out the challenges and research opportunities for the future

Eco‐Holonic 4.0 Circular Business Model to Conceptualize Sustainable Value Chain Towards Digital Transition

The purpose of this paper is to conceptualize a circular business model based on an Eco-Holonic Architecture, through the integration of circular economy and holonic principles. A conceptual model is developed to manage the complexity of integrating circular economy principles, digital transformation, and tools and frameworks for sustainability into business models. The proposed architecture is multilevel and multiscale in order to achieve the instantiation of the sustainable value chain in any territory. The architecture promotes the incorporation of circular economy and holonic principles into new circular business models. This integrated perspective of business model can support the design and upgrade of the manufacturing companies in their respective industrial sectors. The conceptual model proposed is based on activity theory that considers the interactions between technical and social systems and allows the mitigation of the metabolic rift that exists between natural and social metabolism. This study contributes to the existing literature on circular economy, circular business models and activity theory by considering holonic paradigm concerns, which have not been explored yet. This research also offers a unique holonic architecture of circular business model by considering different levels, relationships, dynamism and contextualization (territory) aspects

Intelligent products: the grace experience

Product intelligence is a new industrial manufacturing control paradigm aligned with the context of cyber-physical systems and addressing the current requirements of flexibility, reconfigurability and responsiveness. This paradigm introduces benefits in terms of improvement of the entire product׳s life-cycle, and particularly the product quality and customization, aiming the customer satisfaction. This paper presents an implementation of a system of intelligent products, developed under the scope of the GRACE project, where an agent-based solution was deployed in a factory plant producing laundry washing machines. The achieved results show an increase of the production and energy efficiency, an increase of the product quality and customization, as well as a reduction of the scrap costs.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

An agile and adaptive holonic architecture for manufacturing control

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2004. Faculdade de Engenharia. Universidade do Port

Recursos geológicos de Trás-os-Montes – Passado, presente e perspetivas futuras

Em consequência da sua evolução ao longo da história da Terra, a região de Trás-os-Montes e Alto Douro possui uma grande diversidade de recursos geológicos. Alguns deles foram explorados pelo Homem em diferentes momentos da sua História. Este livro pretende contribuir para o conhecimento, valorização e promoção dos recursos geológicos e do património associado à sua exploração no passado; pois estamos convencidos de que uma eficiente exploração de alguns destes recursos, juntamente com a valorização turística do património geológico-mineiro, muito pode contribuir para dinamizar a economia da região. A Península Ibérica é constituída por formações rochosas que resultam da ação dos processos geotectónicos e dos fenómenos atmosféricos ao longo de mais de 500 milhões de anos (Ma). Neste contexto, Trás-os-Montes é uma região particularmente privilegiada pois é possível encontrar aqui a marca de grande parte dos fenómenos geológicos decorridos desde, ou mesmo antes, do princípio da formação da cadeia montanhosa Hercínica, ou Varisca, ocorrida na Era paleozoica. Uma dessas marcas é o maciço de Bragança e Morais, resultante da instalação de mantos de carreamento por obducção, testemunho da colisão continental então ocorrida. Neste maciço encontram-se rochas únicas com origem na crosta continental inferior e no manto, como é o caso dos Granulitos do Tojal dos Pereiros (Bragança) que, tal como se verá neste livro, poderão ser das rochas mais antigas da Terra com cerca de 1000 Ma. Neste livro procura-se fazer uma síntese dos vários depósitos minerais metálicos e não metálicos assim como das massas rochosas, com interesse económico, resultantes da sequência dos vários processos geológicos ocorridos desde o início do ciclo orogénico Hercínico até aos dias de hoje como, por exemplo, a erosão, o transporte, a sedimentação, o metamorfismo, o magmatismo e a deformação tectónica. Outra consequência da evolução geodinâmica são as inúmeras nascentes de água mineral natural com propriedades sulfúreas, gasocarbónica ou bicarbonadas sódicas, ligadas a mineralizações em grande profundidade ao longo das falhas, de orientação NNE-SSW, de Manteigas – Vilariça – Bragança e Penacova – Régua – Vila Real – Verin. O sistema de fraturas resultante do relaxamento de tensões orogénicas ocorrido na Era Mesozoica, condicionou também a instalação da rede hidrográfica atual e, juntamente com o processo erosivo iniciado no Pérmico, são os grandes responsáveis pelas magníficas paisagens de Trás-os-Montes e Alto Douro. Devido às suas propriedades terapêuticas conferidas pela suas características naturais de mineralização, algumas águas de origem profunda (Águas Minerais Naturais) são aproveitadas em termalismo de bem-estar ou terapêutico, podendo ainda ser, concomitantemente ou não, disponibilizadas engarrafadas. Neste livro apresenta-se o importante testemunho das práticas de exploração e gestão das concessões hidrominerais das empresas VMPS – Águas e Turismo, S.A. e UNICER Aguas, S.A, detentoras das marcas Pedras Salgadas, Salus Vidago, Melgaço e Vitalis. Os recursos minerais da região transmontana foram explorados pelo Homem desde tempos remotos. Como se verá neste livro, existem evidências da prática da metalurgia desde o VI milénio a.C. São também conhecidos os vestígios de uma intensa mineração deixados pelos romanos como, por exemplo, em Três Minas (ouro), Montesinho (ouro) e Moncorvo (ferro). Contudo, foi sobretudo na época moderna, com destaque para o período compreendido entre meados do século dezanove e o fim do século vinte, que a atividade mineira em Trás-os-Montes teve o seu apogeu. São ainda bem evidentes na nossa paisagem as ruinas dessa indústria que as pessoas mais velhas recordam com alguma saudade. As minas mudaram a realidade de muitas comunidades do interior transmontano pois trouxeram desafogo económico e desenvolvimento social para além de as retirarem do isolamento ancestral a que estavam votadas. A progressiva globalização das economias integrou a nossa indústria extrativa, muito desprotegida, em mercados muito competitivos para os quais não estava preparada. Em consequência, grande parte das minas portuguesas pararam a sua atividade entre as décadas de setenta e noventa do século passado. O encerramento das minas deixou por vezes um legado bastante negativo com instalações abandonadas, lugares poluídos, comunidades enfraquecidas pela emigração, infraestruturas degradadas e consequente contração económica. Felizmente, a maior parte dos passivos ambientais e de segurança têm sido progressivamente revertidos em consequência das prioridades definidas pela União Europeia (EU). A empresa estatal EDM (Empresa de Desenvolvimento Mineiro, S.A.) é responsável desde 2001 pelas intervenções ambientais e de segurança nas antigas explorações mineiras portuguesas. Neste livro dá-se conta da sua atuação em Trás-os- -Montes, nomeadamente em Jales, onde o ouro foi explorado até à última década do século passado. Com este livro pretende-se também fazer uma reflexão sobre a possível valorização em termos económicos do vastíssimo património mineiro existente na região. Para tal apresenta-se o testemunho do Museu do Ferro e da Região de Moncorvo que foi um dos projetos pioneiros no país a fazer a divulgação da atividade mineira e com isso contribuir diretamente para o desenvolvimento local através da procura turística. Apresenta-se também o exemplo do projeto Roteiro das Minas e Pontos de Interesse Mineiro e Geológico de Portugal que promove turisticamente algum do património mineiro e geológico do nosso país. O futuro da indústria extrativa em Trás-os-Montes é imprevisível. A sua evolução depende muito da conjugação de fatores que dependem da evolução dos mercados mundiais das matérias-primas e das grandes opções económica e estratégicas para o nosso país. Nos últimos anos tem-se verificado algum dinamismo no setor através dos contratos de prospeção e pesquisa pedidos junto da Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG). Esta atividade tem refletido o aumento da procura de minérios como o ferro, o ouro, o volfrâmio ou o lítio. Nalguns casos esta procura poderá resultar de alguma instabilidade política nos países produtores que condiciona as necessidades de matéria-prima por parte das grandes economias como a China. Noutros casos, dever-se-á à importância estratégica que lhes é atribuída em função dos desenvolvimentos tecnológicos, como é o caso do lítio na produção de baterias elétricas. Devido ao destaque e ao potencial atualmente associado a este minério, apresenta-se também neste livro uma exposição sobre os recursos de lítio existentes na região transmontana. Para além de terem um impacto direto na economia regional, estas últimas campanhas de prospeção permitiram também conhecer melhor a diversidade, a extensão e a génese dos recursos minerais de Trás-os-Montes. Referimos como exemplo o jazigo de ferro de Moncorvo que, embora tenha já sido bastante estudado no passado e como tal considerado um dos maiores da Europa, foi novamente objeto de estudo através da aplicação de novas técnicas de prospeção e de investigação científica de que damos conta neste livro. A concretização dos objetivos a que este livro se propõe, nomeadamente, a divulgação, promoção e valorização dos recursos geológicos de vasta região transmontana, só é possível através do contributo individual dos vários autores que aceitaram o nosso convite e aos quais estamos muito gratos. Aproveitamos também para agradecer às suas instituições e empresas de origem, nomeadamente, à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro (UTAD), à Universidade do Minho (UM), à Companhia Portuguesa do Ferro S.A. (CPF), ao Super Bock Group, ao Projeto Arqueológico da Região de Moncorvo (PARM), ao Centro de Investigação Transdisciplinar: Cultura Espaço e Memória (CITCEM), à Direção Regional de Cultura do Norte (DRCN), à Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG) e ao Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG). Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvo. O nosso muito obrigado também aos Geólogos Carlos Rosa, Pedro Santos e Antunes da Silva e ao Engenheiro José Nunes de Almeida pelos seus empenhos pessoais na concretização deste projeto. Por fim, agradecemos ao Atilano Suarez o excelente trabalho de design e paginação deste livro. O livro está dividido em duas partes. A primeira, intitulada Diversidade e Importância dos Recursos Geológicos, apresenta uma síntese dos principais recursos minerais existentes na região, com destaque para os recursos de lítio, ferro e águas minerais naturais. A segunda parte intitulada Perspetiva Histórica e Potencial Turístico do Património Geológico e Mineiro, aborda a mineração ao longo da História e apresenta alguns contributos para a valorização do património mineiro e geológico da região.Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Holonic self-sustainable systems for electrical micro grids

The self-sustainability of micro grids is an important challenge in the smart grids field due to the need to balance the fast growing energy consumption, reduce greenhouse gas emissions and increase energy independence by using renewable resources. The use of decentralized paradigms, and particularly multi-agent systems and holonic control, enable to face this challenge by implementing intelligent mechanisms that allow an efficient management of the power flow. In this paper, a holonic based model is introduced, considering load scheduling and forecast mechanisms to improve the micro grids self-sustainability, and consequently reduce the energy cost and the energy dependency from the main utility. The designed holonic based model and strategies were developed by using the agent technology, and particularly the JADE framework, showing important improvements in the self-sustainability of micro grids working in different operating modes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

A review of architectures and concepts for intelligence in future electric energy system

Renewable energy sources are one key enabler to decrease greenhouse gas emissions and to cope with the anthropogenic climate change. Their intermittent behavior and limited storage capabilities present a new challenge to power system operators to maintain power quality and reliability. Additional technical complexity arises from the large number of small distributed generation units and their allocation within the power system. Market liberalization and changing regulatory framework lead to additional organizational complexity. As a result, the design and operation of the future electric energy system have to be redefined. Sophisticated information and communication architectures, automation concepts, and control approaches are necessary in order to manage the higher complexity of so-called smart grids. This paper provides an overview of the state of the art and recent developments enabling higher intelligence in future smart grids. The integration of renewable sources and storage systems into the power grids is analyzed. Energy management and demand response methods and important automation paradigms and domain standards are also reviewed.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Adapter module for self-learning production systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica, Sistemas e ComputadoresThe dissertation presents the work done under the scope of the NP7 Self-Learning project regarding the design and development of the Adapter component as a foundation for the Self-Learning Production Systems (SLPS). This component is responsible to confer additional proprieties to production systems such as lifecycle learning, optimization of process parameters and, above all, adaptation to different production contexts. Therefore, the SLPS will be an evolvable system capable to self-adapt and learn in response to dynamic contextual changes in manufacturing production process in which it operates. The key assumption is that a deeper use of data mining and machine learning techniques to process the huge amount of data generated during the production activities will allow adaptation and enhancement of control and other manufacturing production activities such as energy use optimization and maintenance. In this scenario, the SLPS Adapter acts as a doer and is responsible for dynamically adapting the manufacturing production system parameters according to changing manufacturing production contexts and, most important, according to the history of the manufacturing production process acquired during SLPS run time.To do this, a Learning Module has been also developed and embedded into the SLPS Adapter. The SLPS Learning Module represents the processing unit of the SLPS Adapter and is responsible to deliver Self-learning capabilities relying on data mining and operator’s feedback to up-date the execution of adaptation and context extraction at run time. The designed and implemented SLPS Adapter architecture is assessed and validated into several application scenario provided by three industrial partners to assure industrial relevant self-learning production systems. Experimental results derived by the application of the SLPS prototype into real industrial environment are also presented

Industrial agents in the era of service-oriented architectures and cloudbased industrial infrastructures

The umbrella paradigm underpinning novel collaborative industrial systems is to consider the set of intelligent system units as a conglomerate of distributed, autonomous, intelligent, proactive, fault-tolerant, and reusable units, which operate as a set of cooperating entities (Colombo and Karnouskos, 2009). These entities are forming an evolvable infrastructure, entering and/or going out (plug-in/plugout) in an asynchronous manner. Moreover, these entities, having each of them their own functionalities, data, and associated information are now connected and able to interact. They are capable of working in a proactive manner, initiating collaborative actions and dynamically interacting with each other in order to achieve both local and global objectives.info:eu-repo/semantics/publishedVersio