Pristup specifikaciji i generisanju proizvodnih procesa zasnovan na inženjerstvu vođenom modelima

In this thesis, we present an approach to the production process specification and generation based on the model-driven paradigm, with the goal to increase the flexibility of factories and respond to the challenges that emerged in the era of Industry 4.0 more efficiently. To formally specify production processes and their variations in the Industry 4.0 environment, we created a novel domain-specific modeling language, whose models are machine-readable. The created language can be used to model production processes that can be independent of any production system, enabling process models to be used in different production systems, and process models used for the specific production system. To automatically transform production process models dependent on the specific production system into instructions that are to be executed by production system resources, we created an instruction generator. Also, we created generators for different manufacturing documentation, which automatically transform production process models into manufacturing documents of different types. The proposed approach, domain-specific modeling language, and software solution contribute to introducing factories into the digital transformation process. As factories must rapidly adapt to new products and their variations in the era of Industry 4.0, production must be dynamically led and instructions must be automatically sent to factory resources, depending on products that are to be created on the shop floor. The proposed approach contributes to the creation of such a dynamic environment in contemporary factories, as it allows to automatically generate instructions from process models and send them to resources for execution. Additionally, as there are numerous different products and their variations, keeping the required manufacturing documentation up to date becomes challenging, which can be done automatically by using the proposed approach and thus significantly lower process designers' time.У овој дисертацији представљен је приступ спецификацији и генерисању производних процеса заснован на инжењерству вођеном моделима, у циљу повећања флексибилности постројења у фабрикама и ефикаснијег разрешавања изазова који се појављују у ери Индустрије 4.0. За потребе формалне спецификације производних процеса и њихових варијација у амбијенту Индустрије 4.0, креиран је нови наменски језик, чије моделе рачунар може да обради на аутоматизован начин. Креирани језик има могућност моделовања производних процеса који могу бити независни од производних система и тиме употребљени у различитим постројењима или фабрикама, али и производних процеса који су специфични за одређени систем. Како би моделе производних процеса зависних од конкретног производног система било могуће на аутоматизован начин трансформисати у инструкције које ресурси производног система извршавају, креиран је генератор инструкција. Такође су креирани и генератори техничке документације, који на аутоматизован начин трансформишу моделе производних процеса у документе различитих типова. Употребом предложеног приступа, наменског језика и софтверског решења доприноси се увођењу фабрика у процес дигиталне трансформације. Како фабрике у ери Индустрије 4.0 морају брзо да се прилагоде новим производима и њиховим варијацијама, неопходно је динамички водити производњу и на аутоматизован начин слати инструкције ресурсима у фабрици, у зависности од производа који се креирају у конкретном постројењу. Тиме што је у предложеном приступу могуће из модела процеса аутоматизовано генерисати инструкције и послати их ресурсима, доприноси се креирању једног динамичког окружења у савременим фабрикама. Додатно, услед великог броја различитих производа и њихових варијација, постаје изазовно одржавати неопходну техничку документацију, што је у предложеном приступу могуће урадити на аутоматизован начин и тиме значајно уштедети време пројектаната процеса.U ovoj disertaciji predstavljen je pristup specifikaciji i generisanju proizvodnih procesa zasnovan na inženjerstvu vođenom modelima, u cilju povećanja fleksibilnosti postrojenja u fabrikama i efikasnijeg razrešavanja izazova koji se pojavljuju u eri Industrije 4.0. Za potrebe formalne specifikacije proizvodnih procesa i njihovih varijacija u ambijentu Industrije 4.0, kreiran je novi namenski jezik, čije modele računar može da obradi na automatizovan način. Kreirani jezik ima mogućnost modelovanja proizvodnih procesa koji mogu biti nezavisni od proizvodnih sistema i time upotrebljeni u različitim postrojenjima ili fabrikama, ali i proizvodnih procesa koji su specifični za određeni sistem. Kako bi modele proizvodnih procesa zavisnih od konkretnog proizvodnog sistema bilo moguće na automatizovan način transformisati u instrukcije koje resursi proizvodnog sistema izvršavaju, kreiran je generator instrukcija. Takođe su kreirani i generatori tehničke dokumentacije, koji na automatizovan način transformišu modele proizvodnih procesa u dokumente različitih tipova. Upotrebom predloženog pristupa, namenskog jezika i softverskog rešenja doprinosi se uvođenju fabrika u proces digitalne transformacije. Kako fabrike u eri Industrije 4.0 moraju brzo da se prilagode novim proizvodima i njihovim varijacijama, neophodno je dinamički voditi proizvodnju i na automatizovan način slati instrukcije resursima u fabrici, u zavisnosti od proizvoda koji se kreiraju u konkretnom postrojenju. Time što je u predloženom pristupu moguće iz modela procesa automatizovano generisati instrukcije i poslati ih resursima, doprinosi se kreiranju jednog dinamičkog okruženja u savremenim fabrikama. Dodatno, usled velikog broja različitih proizvoda i njihovih varijacija, postaje izazovno održavati neophodnu tehničku dokumentaciju, što je u predloženom pristupu moguće uraditi na automatizovan način i time značajno uštedeti vreme projektanata procesa

Towards a Flexible Smart Factory with a Dynamic Resource Orchestration

Amid the current industrial revolution, a total disruption of the existing production lines may seem to be the easiest approach, as the potential possibilities seem limitless when starting from the ground up. On the business side, an adaptation of existing production lines is always a preferred option. In support of adaptation as opposed to disruption, this paper presents a new approach of using production process orchestration in a smart factory, discussed in an industrial case-study example. A proposed smart factory has the Orchestrator component in its core, responsible for complete semantical orchestration of production processes on one hand, and various factory resources on the other hand, in order to produce the desired product. The Orchestrator is a complex, modular, highly scalable, and pluggable software product responsible for automatised planning, scheduling, and execution of the complete production process. According to their offered capabilities, non-smart and smart resources—machines, robots, humans—are simultaneously and dynamically assigned to execute their dedicated production steps

Towards a Formal Specification of Production Processes Suitable for Automatic Execution

Technological advances and increasing customer need for highly customized products have triggered a fourth industrial revolution. A digital revolution in the manufacturing industry is enforced by introducing smart devices and knowledge bases to form intelligent manufacturing information systems. One of the goals of the digital revolution is to allow flexibility of smart factories by automating shop floor changes based on the changes in input production processes and ordered products. In order to make this possible, a formal language to describe production processes is needed, together with a code generator for its models and an engine to execute the code on smart devices. Existing process modeling languages are not usually tailored to model production processes, especially if models are needed for automatic code generation. In this paper we propose a research on Industry 4.0 manufacturing using a Domain-Specific Modeling Language (DSML) within a Model-Driven Software Development (MDSD) approach to model production processes. The models would be used to generate instructions to smart devices and human workers, and gather a feedback from them during the process execution. A pilot comparative analysis of three modeling languages that are commonly used for process modeling is given with the goal of identifying supported modeling concepts, good practices and usage patterns