Multi-Agent Modelling of Industrial Cyber-Physical Systems for IEC 61499 Based Distributed Intelligent Automation

Traditional industrial automation systems developed under IEC 61131-3 in centralized architectures are statically programmed with determined procedures to perform predefined tasks in structured environments. Major challenges are that these systems designed under traditional engineering techniques and running on legacy automation platforms are unable to automatically discover alternative solutions, flexibly coordinate reconfigurable modules, and actively deploy corresponding functions, to quickly respond to frequent changes and intelligently adapt to evolving requirements in dynamic environments. The core objective of this research is to explore the design of multi-layer automation architectures to enable real-time adaptation at the device level and run-time intelligence throughout the whole system under a well-integrated modelling framework. Central to this goal is the research on the integration of multi-agent modelling and IEC 61499 function block modelling to form a new automation infrastructure for industrial cyber-physical systems. Multi-agent modelling uses autonomous and cooperative agents to achieve run-time intelligence in system design and module reconfiguration. IEC 61499 function block modelling applies object-oriented and event-driven function blocks to realize real-time adaption of automation logic and control algorithms. In this thesis, the design focuses on a two-layer self-manageable architecture modelling: a) the high-level cyber module designed as multi-agent computing model consisting of Monitoring Agent, Analysis Agent, Self-Learning Agent, Planning Agent, Execution Agent, and Knowledge Agent; and b) the low-level physical module designed as agent-embedded IEC 61499 function block model with Self-Manageable Service Execution Agent, Self-Configuration Agent, Self-Healing Agent, Self-Optimization Agent, and Self-Protection Agent. The design results in a new computing module for high-level multi-agent based automation architectures and a new design pattern for low-level function block modelled control solutions. The architecture modelling framework is demonstrated through various tests on the multi-agent simulation model developed in the agent modelling environment NetLogo and the experimental testbed designed on the Jetson Nano and Raspberry Pi platforms. The performance evaluation of regular execution time and adaptation time in two typical conditions for systems designed under three different architectures are also analyzed. The results demonstrate the ability of the proposed architecture to respond to major challenges in Industry 4.0

Factories of the Future

Engineering; Industrial engineering; Production engineerin

Factories of the Future

Engineering; Industrial engineering; Production engineerin

Distributed agents for autonomous spacecraft

Space missions have evolved considerably in the last fifty years in both complexity and ambition. In order to enable this continued improvement in the scientific and commercial return of space missions new control systems are needed that can manage complex combinations of state of the art hardware with a minimum of human interaction. Distributed multi-agent systems are one approach to controlling complex multisatellite space missions. A distributed system is not enough on its own however,the spacecraft must be able to carry out complex tasks such as planning,negotiation and close proximity formation flying autonomously. It is the coupling of distributed control with autonomy that is the focus of this thesis. Three contributions to the state of the art are described herein. They all involve the innovative use of multi-agent systems in space missions. The first is the development of a multi-agent architecture, HASA, specifically for space missions. The second is to use embedded agents to autonomously control an interferometric type space telescope. The third is based on software agents that coordinate multiple Earth observation missions coupled with a global optimisation technique for data extraction. The HASA architecture was developed in reaction to the over generality of most multi-agent architectures in the computer science and robotics literature and the ad-hoc, case-by-case approach, to multi-agent architectures when developed and deployed for space missions. The HASA architecture has a recursive nature which allows for the multi-agent system to be completely described throughout its development process as the design evolves and more sub-systems are implemented. It also inherits a focus on the robust generation of a product and safe operation from architectures in use in the manufacturing industry. A multi-agent system was designed using the HASA architecture for an interferometric space telescope type mission. This type of mission puts high requirements on formation flying and cooperation between agents. The formation flying agents were then implemented using a Java framework and tested on a multi-platform distributed simulation suite developed especially for this thesis. Three different control methods were incorporated into the agents and the multi-agent system was shown to be able to acquire and change formation and avoid collisions autonomously. A second multi-agent system was designed for the GMES mission in collaboration with GMV, the industrial partner in this project. This basic MAS design was transferred to the HASA architecture. A novel image selection algorithm was developed to work alongside the GMES multi-agent system. This algorithm uses global optimisation techniques to suggest image parameters to users based on the output of the multi-agent system

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares

Manipulador aéreo con brazos antropomórficos de articulaciones flexibles

[Resumen] Este artículo presenta el primer robot manipulador aéreo con dos brazos antropomórficos diseñado para aplicarse en tareas de inspección y mantenimiento en entornos industriales de difícil acceso para operarios humanos. El robot consiste en una plataforma aérea multirrotor equipada con dos brazos antropomórficos ultraligeros, así como el sistema de control integrado de la plataforma y los brazos. Una de las principales características del manipulador es la flexibilidad mecánica proporcionada en todas las articulaciones, lo que aumenta la seguridad en las interacciones físicas con el entorno y la protección del propio robot. Para ello se ha introducido un compacto y simple mecanismo de transmisión por muelle entre el eje del servo y el enlace de salida. La estructura en aluminio de los brazos ha sido cuidadosamente diseñada de forma que los actuadores estén aislados frente a cargas radiales y axiales que los puedan dañar. El manipulador desarrollado ha sido validado a través de experimentos en base fija y en pruebas de vuelo en exteriores.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2014-5983-C2-1-