NASA Tech Briefs, August 1991

Topics: New Product Ideas; NASA TU Services; Electronic Components and Circuits; Electronic Systems; Physical Sciences; Materials; Computer Programs; Mechanics; Machinery; Fabrication Technology; Mathematics and Information Sciences; Life Sciences

Distributed Planning for Self-Organizing Production Systems

Für automatisierte Produktionsanlagen gibt es einen fundamentalen Tradeoff zwischen Effizienz und Flexibilität. In den meisten Fällen sind die Abläufe nicht nur durch den physischen Aufbau der Produktionsanlage, sondern auch durch die spezielle zugeschnittene Programmierung der Anlagensteuerung fest vorgegeben. Änderungen müssen aufwändig in einer Vielzahl von Systemen nachgezogen werden. Das macht die Herstellung kleiner Stückzahlen unrentabel. In dieser Dissertation wird ein Ansatz entwickelt, um eine automatische Anpassung des Verhaltens von Produktionsanlagen an wechselnde Aufträge und Rahmenbedingungen zu erreichen. Dabei kommt das Prinzip der Selbstorganisation durch verteilte Planung zum Einsatz. Die aufeinander aufbauenden Ergebnisse der Dissertation sind wie folgt: 1. Es wird ein Modell von Produktionsanlagen entwickelt, dass nahtlos von der detaillierten Betrachtung physikalischer Produktionsprozesse bis hin zu Lieferbeziehungen zwischen Unternehmen skaliert. Im Vergleich zu existierenden Modellen von Produktionsanlagen werden weniger limitierende Annahmen gestellt. In diesem Sinne ist der Modellierungsansatz ein Kandidat für eine häufig geforderte "Theorie der Produktion". 2. Für die so modellierten Szenarien wird ein Algorithmus zur Optimierung der nebenläufigen Abläufe entwickelt. Der Algorithmus verbindet Techniken für die kombinatorische und die kontinuierliche Optimierung: Je nach Detailgrad und Ausgestaltung des modellierten Szenarios kann der identische Algorithmus kombinatorische Fertigungsfeinplanung (Scheduling) vornehmen, weltweite Lieferbeziehungen unter Einbezug von Unsicherheiten und Risiko optimieren und physikalische Prozesse prädiktiv regeln. Dafür werden Techniken der Monte-Carlo Baumsuche (die auch bei Deepminds Alpha Go zum Einsatz kommen) weiterentwickelt. Durch Ausnutzung zusätzlicher Struktur in den Modellen skaliert der Ansatz auch auf große Szenarien. 3. Der Planungsalgorithmus wird auf die verteilte Optimierung durch unabhängige Agenten übertragen. Dafür wird die sogenannte "Nutzen-Propagation" als Koordinations-Mechanismus entwickelt. Diese ist von der Belief-Propagation zur Inferenz in Probabilistischen Graphischen Modellen inspiriert. Jeder teilnehmende Agent hat einen lokalen Handlungsraum, in dem er den Systemzustand beobachten und handelnd eingreifen kann. Die Agenten sind an der Maximierung der Gesamtwohlfahrt über alle Agenten hinweg interessiert. Die dafür notwendige Kooperation entsteht über den Austausch von Nachrichten zwischen benachbarten Agenten. Die Nachrichten beschreiben den erwarteten Nutzen für ein angenommenes Verhalten im Handlungsraum beider Agenten. 4. Es wird eine Beschreibung der wiederverwendbaren Fähigkeiten von Maschinen und Anlagen auf Basis formaler Beschreibungslogiken entwickelt. Ausgehend von den beschriebenen Fähigkeiten, sowie der vorliegenden Aufträge mit ihren notwendigen Produktionsschritten, werden ausführbare Aktionen abgeleitet. Die ausführbaren Aktionen, mit wohldefinierten Vorbedingungen und Effekten, kapseln benötigte Parametrierungen, programmierte Abläufe und die Synchronisation von Maschinen zur Laufzeit. Die Ergebnisse zusammenfassend werden Grundlagen für flexible automatisierte Produktionssysteme geschaffen -- in einer Werkshalle, aber auch über Standorte und Organisationen verteilt -- welche die ihnen innewohnenden Freiheitsgrade durch Planung zur Laufzeit und agentenbasierte Koordination gezielt einsetzen können. Der Bezug zur Praxis wird durch Anwendungsbeispiele hergestellt. Die Machbarkeit des Ansatzes wurde mit realen Maschinen im Rahmen des EU-Projekts SkillPro und in einer Simulationsumgebung mit weiteren Szenarien demonstriert

An Agent-Based Approach to Self-Organized Production

The chapter describes the modeling of a material handling system with the production of individual units in a scheduled order. The units represent the agents in the model and are transported in the system which is abstracted as a directed graph. Since the hindrances of units on their path to the destination can lead to inefficiencies in the production, the blockages of units are to be reduced. Therefore, the units operate in the system by means of local interactions in the conveying elements and indirect interactions based on a measure of possible hindrances. If most of the units behave cooperatively ("socially"), the blockings in the system are reduced. A simulation based on the model shows the collective behavior of the units in the system. The transport processes in the simulation can be compared with the processes in a real plant, which gives conclusions about the consequencies for the production based on the superordinate planning.Comment: For related work see http://www.soms.ethz.c

The Sixth Annual Workshop on Space Operations Applications and Research (SOAR 1992)

This document contains papers presented at the Space Operations, Applications, and Research Symposium (SOAR) hosted by the U.S. Air Force (USAF) on 4-6 Aug. 1992 and held at the JSC Gilruth Recreation Center. The symposium was cosponsored by the Air Force Material Command and by NASA/JSC. Key technical areas covered during the symposium were robotic and telepresence, automation and intelligent systems, human factors, life sciences, and space maintenance and servicing. The SOAR differed from most other conferences in that it was concerned with Government-sponsored research and development relevant to aerospace operations. The symposium's proceedings include papers covering various disciplines presented by experts from NASA, the USAF, universities, and industry

Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 359)

This bibliography lists 164 reports, articles and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System during Jan. 1992. Subject coverage includes: aerospace medicine and physiology, life support systems and man/system technology, protective clothing, exobiology and extraterrestrial life, planetary biology, and flight crew behavior and performance

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 5

Papers presented at the NASA Conference on Space Telerobotics are compiled. The theme of the conference was man-machine collaboration in space. The conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for the application of telerobotics technology to the space systems planned for the 1990's and beyond. Volume 5 contains papers related to the following subject areas: robot arm modeling and control, special topics in telerobotics, telerobotic space operations, manipulator control, flight experiment concepts, manipulator coordination, issues in artificial intelligence systems, and research activities at the Johnson Space Center

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 2

These proceedings contain papers presented at the NASA Conference on Space Telerobotics held in Pasadena, January 31 to February 2, 1989. The theme of the Conference was man-machine collaboration in space. The Conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for application of telerobotics technology to the space systems planned for the 1990s and beyond. The Conference: (1) provided a view of current NASA telerobotic research and development; (2) stimulated technical exchange on man-machine systems, manipulator control, machine sensing, machine intelligence, concurrent computation, and system architectures; and (3) identified important unsolved problems of current interest which can be dealt with by future research

Discrete Event Simulations

Considered by many authors as a technique for modelling stochastic, dynamic and discretely evolving systems, this technique has gained widespread acceptance among the practitioners who want to represent and improve complex systems. Since DES is a technique applied in incredibly different areas, this book reflects many different points of view about DES, thus, all authors describe how it is understood and applied within their context of work, providing an extensive understanding of what DES is. It can be said that the name of the book itself reflects the plurality that these points of view represent. The book embraces a number of topics covering theory, methods and applications to a wide range of sectors and problem areas that have been categorised into five groups. As well as the previously explained variety of points of view concerning DES, there is one additional thing to remark about this book: its richness when talking about actual data or actual data based analysis. When most academic areas are lacking application cases, roughly the half part of the chapters included in this book deal with actual problems or at least are based on actual data. Thus, the editor firmly believes that this book will be interesting for both beginners and practitioners in the area of DES

Distributed Planning for Self-Organizing Production Systems

In dieser Arbeit wird ein Ansatz entwickelt, um eine automatische Anpassung des Verhaltens von Produktionsanlagen an wechselnde Aufträge und Rahmenbedingungen zu erreichen. Dabei kommt das Prinzip der Selbstorganisation durch verteilte Planung zum Einsatz

Orccad, a framework for safe robot control design and implementation

International audienceRobotic systems are typical examples of hybrid systems where continuous time aspects, related to control laws, must be carefully merged with discrete-time aspects related to control switches and exception handling. These two aspects interact in real-time to ensure an efficient nominal behaviour of the system together with safe and graceful degradation otherwise. In a mixed synchronous/asynchronous approach, ranging from user's requirements to run-time code, Orccad provides formalised real-time control structures, the coordination of which is specified using the \esterel\ synchronous language. CAD tools have been developed and integrated to help the users along the steps of the design, verification, implementation and exploitation processes