Composition of Petri nets models in service-oriented industrial automation

In service-oriented systems, composition of services is required to build new, distributed and more complex services, based on the logic behavior of individual ones. This paper discusses the formal composition of Petri nets models used for the process description and control in service-oriented automation systems. The proposed approach considers two forms for the composition of services, notably the offline composition, applied during the design phase, and the online composition, related to the synchronization of Petri nets models on the fly. An experimental case study is used to illustrate the proposed composition approach.The authors would like to thank the European Commission and the partners of the EU FP6 project “Service-Oriented Cross-layer infrastructure for Distributed smart Embedded devices” (SOCRADES) and the EU FP7 project “Cooperating Objects Network of Excellence” (CONET) for their support

Towards a Cyber-Physical Manufacturing Cloud through Operable Digital Twins and Virtual Production Lines

In last decade, the paradigm of Cyber-Physical Systems (CPS) has integrated industrial manufacturing systems with Cloud Computing technologies for Cloud Manufacturing. Up to 2015, there were many CPS-based manufacturing systems that collected real-time machining data to perform remote monitoring, prognostics and health management, and predictive maintenance. However, these CPS-integrated and network ready machines were not directly connected to the elements of Cloud Manufacturing and required human-in-the-loop. Addressing this gap, we introduced a new paradigm of Cyber-Physical Manufacturing Cloud (CPMC) that bridges a gap between physical machines and virtual space in 2017. CPMC virtualizes machine tools in cloud through web services for direct monitoring and operations through Internet. Fundamentally, CPMC differs with contemporary modern manufacturing paradigms. For instance, CPMC virtualizes machining tools in cloud using remote services and establish direct Internet-based communication, which is overlooked in existing Cloud Manufacturing systems. Another contemporary, namely cyber-physical production systems enable networked access to machining tools. Nevertheless, CPMC virtualizes manufacturing resources in cloud and monitor and operate them over the Internet. This dissertation defines the fundamental concepts of CPMC and expands its horizon in different aspects of cloud-based virtual manufacturing such as Digital Twins and Virtual Production Lines. Digital Twin (DT) is another evolving concept since 2002 that creates as-is replicas of machining tools in cyber space. Up to 2018, many researchers proposed state-of-the-art DTs, which only focused on monitoring production lifecycle management through simulations and data driven analytics. But they overlooked executing manufacturing processes through DTs from virtual space. This dissertation identifies that DTs can be made more productive if they engage directly in direct execution of manufacturing operations besides monitoring. Towards this novel approach, this dissertation proposes a new operable DT model of CPMC that inherits the features of direct monitoring and operations from cloud. This research envisages and opens the door for future manufacturing systems where resources are developed as cloud-based DTs for remote and distributed manufacturing. Proposed concepts and visions of DTs have spawned the following fundamental researches. This dissertation proposes a novel concept of DT based Virtual Production Lines (VPL) in CPMC in 2019. It presents a design of a service-oriented architecture of DTs that virtualizes physical manufacturing resources in CPMC. Proposed DT architecture offers a more compact and integral service-oriented virtual representations of manufacturing resources. To re-configure a VPL, one requirement is to establish DT-to-DT collaborations in manufacturing clouds, which replicates to concurrent resource-to-resource collaborations in shop floors. Satisfying the above requirements, this research designs a novel framework to easily re-configure, monitor and operate VPLs using DTs of CPMC. CPMC publishes individual web services for machining tools, which is a traditional approach in the domain of service computing. But this approach overcrowds service registry databases. This dissertation introduces a novel fundamental service publication and discovery approach in 2020, OpenDT, which publishes DTs with collections of services. Experimental results show easier discovery and remote access of DTs while re-configuring VPLs. Proposed researches in this dissertation have received numerous citations both from industry and academia, clearly proving impacts of research contributions

Vers l'automatisation de la mise à jour des bases de données spatio-temporelles d'aide à la navigation : cas d'une base de données pour la navigation des personnes à mobilité réduite

De nos jours, les systèmes d'aide à la navigation occupent une place de plus en plus importante dans la vie quotidienne. Toutefois, leur potentiel est mal exploité pour le déplacement des personnes à mobilité réduite (PMR). À cet égard, le projet MobiliSIG a vu le jour. Son objectif est de développer une solution d'assistance multimodale mobile selon les principes de la conception cognitive pour la navigation des PMR. Au cœur de cette solution se trouve une base de données d'accessibilité dont l'usage permettra de proposer des itinéraires adaptés aux profils des utilisateurs. Cependant, vu que l'environnement évolue et que certains obstacles ont un caractère spatio-temporel, l'outil développé doit être doté d'un système qui lui permettra de rester continuellement à jour. L'objectif global assigné à notre projet est la conception d'un système automatique de mise à jour (MÀJ) continuelle des données d'accessibilité en temps quasi-réel à partir de données multi-sources hétérogènes. Pour ce faire, tout d'abord, nous avons passé en revue la littérature inhérente aux concepts relatifs à notre problématique. Ensuite, nous avons créé et implémenté une ontologie d'obstacles/facilitateurs sur la base des facteurs environnementaux de la classification PPH afin d'identifier et de bien cibler les données spatio-temporelles d'accessibilité. Par la suite, nous avons déterminé les besoins et fonctionnalités utiles à notre système de MÀJ à travers la présentation et l'analyse des spécifications des données d'accessibilité et de différents scénarios de cas d'utilisations. Finalement, en s'inspirant des concepts fondamentaux des processus ETL et des architectures orientées services, nous avons proposé une solution composée d'une couche d'extraction automatique de multi-sources; une couche de transformation qui répond au besoin du multi-formats; une application web pour les collaborateurs; et un service web de MÀJ chargé des tâches de traitement automatique et en temps quasi-réel de l'information reçue de multi-sources en effectuant l'analyse syntaxique et sémantique, la géolocalisation, le géocodage, la projection du système de référence le cas échéant, la validation et le contrôle d'unicité avant de procéder au chargement. Les résultats des tests et validations du prototype développé ont permis de confirmer l'atteinte de l'objectif de la recherche

Engineering framework for service-oriented automation systems

Tese de doutoramento. Engenharia Informática. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 201

Mise en oeuvre des architectures orientées services pour les systèmes d'information industriels

Pour faire face aux contraintes économiques (demande de plus en plus importante pour de la personnalisation de masse, globalisation et réduction des coûts ), le développement de stratégies de production Juste À Temps , ou Lean Manufacturing impose la réorganisation de l entreprise sur les activités génératrices de valeur en suivant une logique de chaîne de valeur pour éviter tout gaspillage. Cette stratégie conduit de fait à un recentrage métier et une extension de la chaîne de valeur. L entreprise est donc amenée à développer des stratégies de collaboration (Bare et Cox, 2008 ; Davis, 1987) et doit disposer d un SI Lean (réponse au plus juste), agile pour réagir aux fluctuations et aléas, ouvert pour assurer un partenariat avec ses fournisseurs, ses clients et ses partenaires et, enfin, interopérable pour faciliter la communication entre les différents systèmes et concilier ces différentes facettes métiers. Or, le SI de l entreprise est constitué d une multiplicité de logiciels (l ERP (Enterprise Resource Planning), le MES (Manufacturing Execution System), le PLM (Product Life-cycle Management), le SCM (Supply Chain Management) ). Chaque système vise à répondre à un objectif donné pour une facette métier, et est développé selon des spécifications métier propres échappant le plus souvent à toute standardisation. Ceci engendre une redondance, une hétérogénéité et une augmentation du volume d information, d où des risques d incohérence, de rigidité du SI et notamment une grande difficulté de communication dans le cadre de collaboration interentreprises. Pour répondre à ces aléas, il importe de définir un SI agile et interopérable et de réorganiser les processus pour supporter la chaîne de valeur de l entreprise. C est dans cet objectif que nous proposons de développer un Lean ESB (Enterprise Service Bus), socle d une Architecture Orientée Services, doté d une couche sémantique métier. Nous avons défini quatre modules du Lean ESB : Le module de médiation définit les échanges d information entre les différents métiers et entre le métier et la technologie pour assurer le fonctionnement des autres modules. Le module de chorégraphie dynamique permet de composer les services industriels pour définir les processus selon les besoins de production spécifiés par le client. Le module de routage intelligent organise les ressources de l atelier pour définir des processus en flux tirés. Le module de monitoring et gouvernance permet de contrôler la performance de la production et la qualité des produits.To meet the economic constraints (growth of mass customization demands, globalization and cost reducing), the development of new strategies forms as a Just In Time production strategy or Lean Manufacturing needs to reorganize the enterprise taking into account the activities which generates value (following the value-chain logic) in order to avoid wastefulness. This strategy leads to a business refocusing and a value-chain extension. The enterprise has to develop collaboration strategies (Bare and Cox, 2008 ; Davis, 1987) and has to have a Lean (just in time response) Information Systems (IS), agile IS to react fluctuations, open IS to support a partnership with suppliers, customers and partners and interoperable IS to make easier the communication between systems and business views. However, the enterprise IS contains multiple systems: ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System), PLM (Product Life-cycle Management), SCM (Supply Chain Management) Each system is designed to meet a particular business view, and is developed according to specific business requirementswithout any standardization which cause redundancy, heterogeneity and increase the volume of information including an inconsistency, a rigidity of the IS and a difficulty of inter-enterprise collaboration. To face theses disadvantages we have to define an agile and interoperable IS and to reorganize processes to support the enterprise value-chain. Therefore, we propose to develop a Lean ESB (Enterprise Service Bus) which is a Service Oriented Architecture middleware, improved by a business semantic layer. We defined four modules of Lean ESB: The mediation module defines information exchange between a business layers and IS and insures other modules operating. The dynamic choreography module enables industrial services composition to define processes in accordance with customer demands. The intelligent routing module organizes workshop resources in order to reorganize processes in a pull flow strategy. The monitoring and governance module enables the control of production performance and products quality.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF