Adaptivität und semantische Interoperabilität von Manufacturing Execution Systemen (MES)

MES (Manufacturing Execution Systems) are situated between automation and management level and are affected from changes of the production. Therefore their adaptivity within the lifecycle of production plants is mission critical. Furthermore MES act as data and information hub. This means that they have to work together with other systems in an efficient and seamless way. MES must be interoperable and must have semantics under control. The present publication faces both aspects

Real-Time Sensor Networks and Systems for the Industrial IoT

The Industrial Internet of Things (Industrial IoT—IIoT) has emerged as the core construct behind the various cyber-physical systems constituting a principal dimension of the fourth Industrial Revolution. While initially born as the concept behind specific industrial applications of generic IoT technologies, for the optimization of operational efficiency in automation and control, it quickly enabled the achievement of the total convergence of Operational (OT) and Information Technologies (IT). The IIoT has now surpassed the traditional borders of automation and control functions in the process and manufacturing industry, shifting towards a wider domain of functions and industries, embraced under the dominant global initiatives and architectural frameworks of Industry 4.0 (or Industrie 4.0) in Germany, Industrial Internet in the US, Society 5.0 in Japan, and Made-in-China 2025 in China. As real-time embedded systems are quickly achieving ubiquity in everyday life and in industrial environments, and many processes already depend on real-time cyber-physical systems and embedded sensors, the integration of IoT with cognitive computing and real-time data exchange is essential for real-time analytics and realization of digital twins in smart environments and services under the various frameworks’ provisions. In this context, real-time sensor networks and systems for the Industrial IoT encompass multiple technologies and raise significant design, optimization, integration and exploitation challenges. The ten articles in this Special Issue describe advances in real-time sensor networks and systems that are significant enablers of the Industrial IoT paradigm. In the relevant landscape, the domain of wireless networking technologies is centrally positioned, as expected

Optimal Selection of Preemption Points to Minimize Preemption Overhead

Abstract—A central issue for verifying the schedulability of hard real-time systems is the correct evaluation of task execution times. These values are significantly influenced by the preemption overhead, which mainly includes the cache related delays and the context switch times introduced by each preemption. Since such an overhead significantly depends on the particular point in the code where preemption takes place, this paper proposes a method for placing suitable preemption points in each task in order to maximize the chances of finding a schedulable solution. In a previous work, we presented a method for the optimal selection of preemption points under the restrictive assumption of a fixed preemption cost, identical for each preemption point. In this paper, we remove such an assumption, exploring a more realistic and complex scenario where the preemption cost varies throughout the task code. Instead of modeling the problem with an integer programming formulation, with exponential worst-case complexity, we derive an optimal algorithm that has a linear time and space complexity. This somewhat surprising result allows selecting the best preemption points even in complex scenarios with a large number of potential preemption locations. Experimental results are also presented to show the effectiveness of the proposed approach in increasing the system schedulability.

Parallel memetic algorithms for the problem of workforce distribution in dynamis multi-agent system

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, Departamento de Arquitectura de Computadores y Automática, leída el 20/09/2013Esta tesis describe un novedoso enfoque para resolver el problema de distribución de carga de trabajo en sistemas multi-agente dinámicos basados en arquitecturas de pizarra, enfocándose especialmente en un escenario real: el call center multitarea. Para abordar este tipo de entornos dinámicos, tradicionalmente se han aplicado diversas heurísticas voraces que permiten dar una solución en tiempo real. Básicamente, dichas heurísticas realizan planificaciones continuamente, considerando el estado del sistema en cada momento. Como las decisiones se toman de forma voraz sin hacer una planificación óptima, la distribución de la carga de trabajo puede ser pobre a medio y/o largo plazo. El uso de algoritmos meméticos paralelos nos puede permitir encontrar soluciones mucho más precisas. Para aplicar este tipo de algoritmos, introducimos el concepto de ventana temporal adaptativa. De esta forma, el tamaño de la ventana temporal depende del nivel de dinamismo del sistema en un instante dado. Este trabajo propone una serie de herramientas para determinar el dinamismo del sistema de forma automática, así como un novedoso módulo de predicción basado en una red neuronal y un potente método de búsqueda basado en meta-algoritmos meméticos paralelos para poder lidiar con entornos dinámicos complejos. Para concluir, comparamos nuestro enfoque con otras técnicas del estado del arte en un entorno de producción real (Telefónica) obteniendo mejores resultados que el resto de técnicas actuales. También se proporciona un estudio exhaustivo de cada uno de los módulos.Depto. de Arquitectura de Computadores y AutomáticaFac. de InformáticaTRUEunpu

Une méthode globale pour la vérification d’exigences temps réel : application à l’avionique modulaire intégrée

Dans le domaine de l’aéronautique, les systèmes embarqués ont fait leur apparition durant les années 60, lorsque les équipements analogiques ont commencé à être remplacés par leurs équivalents numériques. Dès lors, l’engouement suscité par les progrès de l’informatique fut tel que de plus en plus de fonctionnalités ont été numérisées. L’accroissement permanent de la complexité des systèmes a conduit à la définition d’une architecture appelée Avionique Modulaire Intégrée (IMA pour Integrated Modular Avionics). Cette architecture se distingue des architectures antérieures, car elle est fondée sur des standards (ARINC 653 et ARINC 664 partie 7) permettant le partage des ressources de calcul et de communication entre les différentes fonctions avioniques. Ce type d’architecture est appliqué aussi bien dans le domaine civil avec le Boeing B777 et l’Airbus A380, que dans le domaine militaire avec le Rafale ou encore l’A400M. Pour des raisons de sûreté, le comportement temporel d’un système s’appuyant sur une architecture IMA doit être prévisible. Ce besoin se traduit par un ensemble d’exigences temps réel que doit satisfaire le système. Le problème exploré dans cette thèse concerne la vérification d’exigences temps réel dans les systèmes IMA. Ces exigences s’articulent autour de chaînes fonctionnelles, qui sont des séquences de fonctions. Une exigence spécifie alors une borne acceptable (minimale ou maximale) pour une propriété temporelle d’une ou plusieurs chaînes fonctionnelles. Nous avons identifié trois catégories d’exigences temps réel, que nous considérons pertinentes vis-à-vis des systèmes étudiés. Il s’agit des exigences de latence, de fraîcheur et de cohérence. Nous proposons une modélisation des systèmes IMA, et des exigences qu’ils doivent satisfaire, dans le formalisme du tagged signal model. Nous montrons alors comment, à partir de ce modèle, nous pouvons générer pour chaque exigence un programme linéaire mixte, c’est-à-dire contenant à la fois des variables entières et réelles, dont la solution optimale permet de vérifier la satisfaction de l’exigence. ABSTRACT : Embedded systems appeared in aeronautics during the 60’s, when the process of replacing analog devices by their digital counterpart started. From that time, the broad thrust of computer science advances make it possible to digitize more and more avionics functionalities. The continual increase of the complexity of these systems led to the definition of a new architecture called Integrated Modular Avionics (IMA). This architecture stands apart from previous architecture because it is based on standards (ARINC 653 and ARINC 664 part 7) which allow the sharing of computation and communication resources among avionics functions. This architecture is implemented in civil aircrafts, with Boeing B777 and Airbus A380, and in military aircrafts, with Rafale or A400M. For safety reason, the temporal behaviour of such a system must be predictable, which is expressed with a set real-time requirements. A real-time requirement specifies an upper or lower bound of a temporal property of one or several functional chains. A functional chain is a sequence of functions. In this thesis, we explore the verification of real-time requirements in IMA systems. We have identified three real-time requirements relevant to our problem : latency, freshness and consistency. We propose a model of IMA systems, and the requirements they must meet, based on the tagged signal model. Then we derive from this model, for each requirement, a mixed integer linear program whose optimal solution allows us to verify the requirement

Une méthode globale pour la vérification d'exigences temps réel (application à l'avionique modulaire intégrée)

Dans le domaine de l aéronautique, les systèmes embarqués ont fait leur apparition durant les années 60, lorsque les équipements analogiques ont commencé à être remplacés par leurs équivalents numériques. Dès lors, l engouement suscité par les progrès de l informatique fut tel que de plus en plus de fonctionnalités ont été numérisées. L accroissement permanent de la complexité des systèmes a conduit à la définition d une architecture appelée Avionique Modulaire Intégrée (IMA pour Integrated Modular Avionics). Cette architecture se distingue des architectures antérieures, car elle est fondée sur des standards (ARINC 653 et ARINC 664 partie 7) permettant le partage des ressources de calcul et de communication entre les différentes fonctions avioniques. Ce type d architecture est appliqué aussi bien dans le domaine civil avec le Boeing B777 et l Airbus A380, que dans le domaine militaire avec le Rafale ou encore l A400M. Pour des raisons de sûreté, le comportement temporel d un système s appuyant sur une architecture IMA doit être prévisible. Ce besoin se traduit par un ensemble d exigences temps réel que doit satisfaire le système. Le problème exploré dans cette thèse concerne la vérification d exigences temps réel dans les systèmes IMA. Ces exigences s articulent autour de chaînes fonctionnelles, qui sont des séquences de fonctions. Une exigence spécifie alors une borne acceptable (minimale ou maximale) pour une propriété temporelle d une ou plusieurs chaînes fonctionnelles. Nous avons identifié trois catégories d exigences temps réel, que nous considérons pertinentes vis-à-vis des systèmes étudiés. Il s agit des exigences de latence, de fraîcheur et de cohérence. Nous proposons une modélisation des systèmes IMA, et des exigences qu ils doivent satisfaire, dans le formalisme du tagged signal model. Nous montrons alors comment, à partir de ce modèle, nous pouvons générer pour chaque exigence un programme linéaire mixte, c est-à-dire contenant à la fois des variables entières et réelles, dont la solution optimale permet de vérifier la satisfaction de l exigenceEmbedded systems appeared in aeronautics during the 60 s, when the process of replacing analog devices by their digital counterpart started. From that time, the broad thrust of computer science advances make it possible to digitize more and more avionics functionalities. The continual increase of the complexity of these systems led to the definition of a new architecture called Integrated Modular Avionics (IMA). This architecture stands apart from previous architecture because it is based on standards (ARINC 653 and ARINC 664 part 7) which allow the sharing of computation and communication resources among avionics functions. This architecture is implemented in civil aircrafts, with Boeing B777 and Airbus A380, and in military aircrafts, with Rafale or A400M. For safety reason, the temporal behaviour of such a system must be predictable, which is expressed with a set real-time requirements. A real-time requirement specifies an upper or lower bound of a temporal property of one or several functional chains. A functional chain is a sequence of functions. In this thesis, we explore the verification of real-time requirements in IMA systems. We have identified three real-time requirements relevant to our problem : latency, freshness and consistency. We propose a model of IMA systems, and the requirements they must meet, based on the tagged signal model. Then we derive from this model, for each requirement, a mixed integer linear program whose optimal solution allows us to verify the requirementTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF