UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA“ DIN SIBIU FACULTATEA DE...

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA“ DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE

TEZĂ DE DOCTORAT (REZUMAT)

CERCETĂRI PRIVIND MODELAREA FABRICII DIGITALE ŞI IMPLEMENTAREA ÎN SISTEMELE

REALE DE PRODUCŢIE

Conducător ştiinţific: Prof. Dr. Ing. Carmen SIMION

Doctorand: Ing. Dipl. Bogdan-Constantin PÎRVU

Sibiu

-2011-

Investeşte în oameni! PROIECT FINANŢAT DIN FONDUL SOCIAL EUROPEAN ID proiect: 7706 Titlul proiectului: „Creşterea rolului studiilor doctorale şi a competitivităţii doctoranzilor într-o Europă unită” Universitatea”Lucian Blaga” din Sibiu B-dul Victoriei, nr. 10. Sibiu

Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu Facultatea de Inginerie

Teză de doctorat (Rezumat)

CERCETĂRI PRIVIND MODELAREA FABRICII DIGITALE ŞI IMPLEMENTAREA ÎN SISTEMELE REALE DE PRODUCŢIE

Conducător ştiinţific: Prof. Dr. Ing. Carmen SIMION Doctorand: Ing. Dipl. Bogdan-Constantin PÎRVU

Sibiu, 2011

Ministerul Educaţiei, Cercetării Tineretului şi Sportului Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Rectoratul Universităţii B-dul Victoriei Nr. 10, 555024 – Sibiu, România

COMPETENŢA Comisiei de doctorat, numită prin

Ordinul Rectoratului Universităţii „Lucian Blaga” din Sibiu nr. 103 din 30 septembrie 2011

PREŞEDINTE: Prof.Dr.-Ing. Ioan Bandrea

Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.Dr.-Ing. Carmen Simion


REFERENŢI: Prof.Dr.-Ing. George-Emilian Drăghici

Universitatea Politehnică din Timişoara

Prof.Dr.-Ing. Nouraş-Barbu Lupulescu

Universitatea Transilvania din Braşov

Prof.Dr.-Ing. Daniel Volovici


Eventualele aprecieri sau observaţii vă rugăm să le trimiteţi pe adresa Universităţii „Lucian Blaga” din Sibiu.

Cuvânt înainte

Teza de doctorat a fost elaborată pe baza cercetărilor efectuate în laboratoarele Facultăţii de

Inginerie „Hermann Oberth” din cadrul Universităţii „Lucian Blaga” din Sibiu, dar şi în cadrul

cercetărilor efectuate la Technische Universität Kaiserslautern cât şi în cadrul platformei inovative

de cercetare şi demonstraţie SmartFactoryKL

.

La finalul acestei etape, gândurile şi recunoștința mea se îndreaptă spre toţi aceia care m-au

sprijinit la elaborarea şi finalizarea tezei de doctorat.

Cu această ocazie doresc să-mi exprim mulţumirile mele Profesoarei Dr. Ing. Carmen Simion,

conducătorul ştiinţific al tezei de doctorat, pentru competenţa cu care a coordonat întreaga

activitate desfăşurată pe parcursul elaborării tezei precum şi întregul suportul oferit pentru

depășirea obstacolelor neprevăzute. Doresc să mulţumesc pe această cale şi Prof. Dr. Ing. Ioan

Bondrea pentru iniţierea, susţinerea şi coordonarea oferită înainte şi în timpul elaborării tezei de

doctorat.

Mulţumesc, în mod special, Dr. Ing. Jochen Schlick, conducătorul de cercetare al departamentului

Produktionsautomatisierung, pentru suportul şi expertiza ştiinţifică, materială şi morală oferită,

cunoștințele acumulate fiind fundamentale în elaborarea şi finalizarea tezei de doctorat.

Mulţumesc, totodată, Prof. Dr. Ing. Detlef Zühlke, președintele şi iniţiatorul platformei de

cercetare şi demonstrație SmartFactoryKL

dar şi conducătorul departamentului

Produktionsautomatisierung din cadrul Technische Universität Kaiserslautern, pentru acceptul de

a desfăşura activităţi de cercetare la cel mai înalt nivel.

Mulţumesc membrilor Comisiei pentru evaluarea şi susţinerea tezei de doctorat, pentru onoarea

ce mi-o fac prin analiza lucrării precum şi pentru acceptul de participare la lucrările comisiei.

Doresc să mulţumesc, de asemenea, colegilor din cadrul Facultăţii de Inginerie din Sibiu, în special

colegilor de la catedra Tehnologia Construcţiilor de Maşini şi catedra de Calculatoare, dar şi

colegilor de la catedra de Maşini şi Utilaje şi catedra Bazele Proiectării Maşinilor, care mi-au oferit

sprijinul şi sfaturile lor competente pentru elaborarea şi finalizarea tezei.

Mai mult decât simple mulţumiri, le exprim în special părinţilor dar şi celor apropiaţi, cei care de-a

lungul anilor au contribuit la formarea mea, la omul care am devenit.

Septembrie, 2011 Bogdan-Constantin Pîrvu

Cuprins * / **1

1. Introducere ........................................................................................................... 5 4

1.1 Motivarea cercetărilor în contextul temei abordate ............................................. 6 5

1.2 Evoluţia şi structura tezei de doctorat .................................................................. 7 6

2. Stadiul actual ....................................................................................................... 9 8

2.1 Automatizarea fabricaţiei ..................................................................................... 9 .

2.1.1 Controler-ul logic programabil (PLC) ........................................................... 10 1

2.1.1.1 IEC 61499 – standard deschis pentru control distribuit şi automatizare .... 12 2

2.1.2 CNC – Computerized Numerical Control ..................................................... 18 3

2.1.2.1 Limbajul de programare STEP-NC ................................................................ 22 4

2.1.3 Motion Control ............................................................................................ 24 5

2.1.4 Reţele de comunicaţie ................................................................................. 25 6

2.1.5 Middleware .................................................................................................. 31 7

2.1.5.1 CORBA – Common Object Request Broker Architecture ............................. 32 8

2.1.5.2 (D)COM – Distributed Component Object Model ....................................... 32 9

2.1.5.3 OPC – OLE for Process Control ..................................................................... 33 0

2.1.5.4 OPC UA – Unified Architecture .................................................................... 34 1

2.2 Sisteme de fabricaţie ........................................................................................... 36 2

2.2.1 Evoluţia fabricilor ......................................................................................... 36 3

2.2.2 Sisteme tradiţionale şi reconfigurabile de fabricaţie .................................. 37 9

2.3 Fabrica Digitală .................................................................................................... 42 10

2.3.1 Introducere .................................................................................................. 42 10

2.3.2 Definiţii ......................................................................................................... 43 11

2.3.3 Viziunea Fabricii Digitale .............................................................................. 45 1

2.3.3.1 Descriere ...................................................................................................... 45 2

2.4 Modelarea sistemelor de fabricaţie .................................................................... 47 3

2.4.1 Metode grafice de modelare ale sistemelor ............................................... 49 4

2.4.1.1 SADT - Structured Analysis & Design Technique ......................................... 49 5

2.4.1.2 UML – Unified Modeling Language ............................................................. 51 6

2.4.1.3 Reţele Petri .................................................................................................. 53 7

*

Nr. pagini teză ** Nr. pagini rezumat

2

2.4.2 Modelarea matematică ............................................................................... 56 8

2.4.2.1 Modele clasice ............................................................................................. 56 9

2.4.2.2 Problema computaţională ........................................................................... 57 1

2.4.3 Simularea fabricaţiei .................................................................................... 59 11

2.5 SOA – Arhitecturi Orientate pe Servicii .............................................................. 62 11

2.5.1 Introducere în SOA (Service-Oriented Architectures) ................................. 62 11

2.5.2 SOA în automatizare .................................................................................... 64 12

2.5.3 Orchestraţie versus coreografie .................................................................. 65 13

2.6 Concluzii .............................................................................................................. 67 15

3. Formularea problemei, obiectivele tezei de doctorat şi abordarea aleasă ............ 71 14

3.1 Contextul curent ................................................................................................. 71 14

3.2 Abordările actuale de simulare ........................................................................... 72 15

3.3 Abordările actuale cu privire la PLC-uri............................................................... 73 16

3.4 Abordările actuale cu privire la Middleware ...................................................... 74 16

3.5 Formularea problemei ........................................................................................ 74 17

3.6 Obiectivele tezei de doctorat .............................................................................. 75 18

3.7 Abordarea cu privire la atingerea obiectivelor tezei de doctorat ...................... 75 18

3.8 Concluzii .............................................................................................................. 76 22

4 Conceptele propuse ........................................................................................... 79 19

4.1 Introducere.......................................................................................................... 79 19

4.2 Servicii centrate pe fabricaţie şi pe automatizare (ScF şi ScA) ........................... 80 20

4.2.1 Premise ........................................................................................................ 80 20

4.2.2 Definirea conceptuală a serviciului generic ................................................. 83 23

4.2.3 Tehnologiile care vor permite implementarea conceptelor ....................... 86 25

4.2.3.1 Implementarea SOA la nivelul dispozitivelor – perspectiva SIRENA ........... 88 26

4.2.3.2 AutomationML (Automation Markup Language) ........................................ 91 27

4.3 Arhitectura de simulare propusă ........................................................................ 93 26

4.4 Metodologie pentru discretizare proceselor de fabricaţie ................................. 94 27

4.5 Concluzii .............................................................................................................. 99 38

5 Concepţia şi realizarea prototipului arhitecturii ................................................ 103 30

5.1 Facilitatea unde s-au implementat şi elaborat conceptele.............................. 103 3

5.2 Conceptul arhitectural implementat în prototip .............................................. 104 30

5.3 Implementarea conceptului arhitectural de bază ............................................ 106 32

5.3.1 Descrierea sistemului de fabricaţie Mobile Module ................................. 106 32

3

5.3.2 Descrierea software-ului utilizat pentru orchestrare şi simulare .............. 109 34

5.3.3 Principalele aspecte ale implementării arhitecturii de simulare ............... 112 33

5.3.4 Construcţia modelului simulat şi a orchestrării proceselor ....................... 113 48

5.3.4.1 Integrarea modulului Mobile Module în standul CeBIT ............................ 113 48

5.3.4.2 Construcţia modelului simulat Mobile Module ......................................... 117 5

5.3.5 Conectarea prin intermediul OPC a modelului simulat cu controlerul logic programabil .............................................................................................................. 122 50

5.4 Concluzii ............................................................................................................ 128 52

6 Concluzii finale. Principalele contribuţii ale lucrării ........................................... 131 36

6.1 Concluzii finale .................................................................................................. 131 36

6.2 Contribuţii originale .......................................................................................... 133 37

7 Direcţii de cercetare viitoare ............................................................................ 135 39

Bibliografie ............................................................................................................. 139 41

I. Prescurtări folosite ........................................................................................... 151 68

Anexa I ................................................................................................................... 155 6

Anexa II .................................................................................................................. 165 7

Introducere 4

Cercetări privind modelarea fabricii digitale şi implementarea în sistemele reale de producție

1. Introducere

Globalizarea aduce cu ea noi provocări pe care companiile trebuie să le surmonteze. Piaţa

globală impune competiţie globală iar pionul central este clientul global. Clientul (indiferent

de locaţia sa) doreşte produse avansate din punct de vedere tehnic caracterizat de o foarte

bună calitate, nivel ridicat de particularizare, preţ scăzut care să fie disponibil la locul şi

momentul stabilit. Complexitatea problemei este şi mai mult sporită de volumul extrem de

fluctuant al cereri clienţilor.

Făcând o paralelă cu teoria evoluţiei a lui Charles Darwin, companiile care vor supravieţui şi

se vor dezvolta nu vor fi cele mai puternice sau cele mai inteligente, ci acelea cu gradul cel

mai mare de adaptabilitate la schimbare. Adaptabilitatea respectiv agilitatea sunt

caracteristicile esențiale ce îi permit unei companii să supravieţuiască şi să se dezvolte în

mediul global actual ce este caracterizat de un mare grad de incertitudine.

Diferite concepte au ca obiectiv sporirea agilităţii companiilor. Dacă la nivelul sistemelor de

fabricaţie sunt dezvoltate sisteme flexibile sau reconfigurabile de fabricaţie, un concept

integrator, relativ nou, ce promite o reactivitate şi agilitate mai mare este conceptul de

Fabrică Digitală. Ideea de bază este de a construi în simulare (vizează în principal procesele

de fabricaţie) imaginea fabricii actuale sau viitoare, de a-i analiza şi optimiza parametrii şi de

a transfera ulterior scenariul optim de fabricaţie sistemului real de fabricaţie. Unul din

aspectele de o foarte mare importanţă pe care le implică acest concept este capacitatea de

construi precis şi cu uşurinţă în simulare procesele de fabricaţie actuale, viitoare sau posibile

şi de a transfera datele obţinute din simulare pentru a fi utilizate la nivelul unităţilor de

comandă corespunzătoare sistemelor reale de fabricaţie.

Astfel, simularea fabricaţiei se utilizează actualmente în special pentru: creşterea

productivităţii sistemelor existente de fabricaţie, reducerea costurilor pentru introducerea

noilor sisteme de fabricaţie, optimizarea consumului şi reutilizării de resurse, reducerea

stocurilor şi reducerea timpului de producţie. Gâtuirea informaţională majoră, respectiv

problema fundamentală de implementare a conceptului de Fabrică Digitală, are loc în

momentul transferului scenariilor fabricaţiei din simulare la nivelul sistemului real de

fabricaţie. O astfel de migraţie a datelor de la nivelul simulării fabricaţiei (vizate în teză sunt

simularea fluxului de materiale şi DMU - Digital Mock-Up) către sistemele reale de fabricaţie

de cele mai multe ori nu este prevăzută sau implică eforturi sau interpretări şi adaptări

dificile la nivelul unităţii de comandă (PLC) .

Pentru susţinerea implementării conceptului de Fabrică Digitală, din punct de vedere al

automatizării sistemelor de fabricaţie noi standarde şi abordări tehnice au fost cercetate,

dezvoltate şi introduse ce permit un control distribuit al întregului proces de fabricaţie (ex.:

IEC 61499), astfel încât reconfigurarea sistemului de fabricaţie să se realizeze mai rapid fără

„adaptarea” programului unităţii centrale de comandă (scenariul obişnuit în această

Introducere 5


situaţie). Tot pentru susținerea implementării conceptului, o mai bună interacţiune între

diversele aplicaţii implicate fie la nivelul de comandă, planificare, vizualizare, supervizare sau

simulare a proceselor, este posibilă cu dezvoltarea soluţiei de middleware OPC UA.

Specificaţia OPC UA permite transferul informaţiilor într-un mod standard, sub o formă

particularizată corespunzătoare cazului de utilizare , ce oferă totodată şi independenţă faţă

de o anumită platformă (sistemul de operare) pe care aceste aplicaţii sunt instalate (ex.:

Windows, Linux, Mac OS etc. ).

1.1 Motivarea cercetărilor în contextul temei abordate

O temă centrală a cercetărilor din sfera ingineriei industriale are ca obiectiv îmbunătăţirea

agilităţii sistemelor de fabricaţie pentru a permite o reacţie promptă la variaţiile pieței

globale. Dacă la nivel hardware şi software sunt cercetate soluţii de comandă distribuite şi

neutre din punct de vedere al producătorului, bazate pe fie pe standardul de control

distribuit şi automatizare – IEC 61499 – sau, prin abordarea SOA (eng. Service Oriented

Architectures – Arhitecturi Orientate pe Servicii) implementată în special (dar nu numai) prin

intermediul tehnologiilor bazate pe Web (ex.: DPWS, UPnP, WS) ce utilizează platforme

bazate pe tehnologia PC, la nivelul simulării fabricaţiei există varietate relativ însemnată de

soluţii care însă, în marea majoritate, nu permit decât o migraţie limitată a informaţiilor

către unităţile de comandă actuale sau viitoare.

Astfel, gâtuirea informaţională, situată la graniţa dintre simulare şi unitatea de comandă a

liniei reale, reprezintă un impediment major în implementarea rapidă şi eficientă a unui

scenariu optim de fabricaţie. În mod curent sunt necesare o serie de operaţii de adaptare

laborioase, dificile şi generatoare de erori în momentul implementării la nivelul sistemului

real de fabricaţie a scenariului optim de fabricaţie determinat în simulare.

Teza de doctorat propune o nouă arhitectură de simulare cu privire la simularea fabricației

(flux de materiale şi DMU) ce are o abordare puternic orientată pe proces în ceea ce priveşte

sistemele reale de fabricaţie.

Obiectivele principale ale tezei sunt: elaborarea conceptelor pentru eficientizarea migraţiei

datelor dintre simulare şi sistemele reale de fabricaţie (evident şi vice-versa), identificarea

tehnologiilor actuale şi viitoare ce pot încorpora aspectele conceptelor dar şi validarea

conceptelor propuse prin implementarea la nivelul unui prim prototip, ce utilizează

tehnologiile disponibile în mod curent, pentru o mai bună interconectare a simulării

fabricaţiei cu unităţile de comandă ale sistemelor reale de fabricaţie.

Conceptele propuse se înscriu în cercetările curente din sfera SOA aplicată pentru

automatizare, iar abordarea propusă în teza de doctorat augmentează preocupările curente

din sfera de cercetare cu aspectele suplimentare impuse de construcţia mai precisă a

simulării şi de o migraţie mai bună între simulare şi sistemul real de fabricaţie.

Abordarea arhitecturală, nouă din punct de vede a simulării şi fabricaţiei se fundamentează

pe diviziunea întregului proces de fabricaţie în sub-procese respectiv unităţi de proces

Introducere 6


„atomice” (funcţie de limitările tehnice şi specificul fabricaţiei) precum şi încapsularea

tuturor aspectelor relevante pentru simulare şi sistemului de fabricaţie automatizat sub

forma unor servicii (ScF – Servicii centrate pe Fabricaţie şi ScA- Servicii centrate pe

Automatizare). Astfel prin simpla orchestrare a succesiunii serviciilor se poate reproduce,

comanda şi îmbunătăţi, atât la nivelul sistemului real de fabricaţie cât şi la nivelul simulării,

întreg procesul de fabricaţie.

Deşi primii paşi la nivel mondial s-au făcut la nivel industrial cu privire la orchestrarea

serviciilor pentru comanda întregului sistem de fabricaţie (SIRENA), totuşi datorită lipsei de

augmentarea în cadrul serviciilor cu aspectele relevante pentru simulare dar şi a lipsei de

demonstrare a implementării conceptelor sub forma unui prototip, aplicabilitatea este

redusă comparativ cu rezultatele potenţiale.

Astfel, o cercetare sistematică, în ceea ce priveşte augmentarea aspectelor cu privire la

arhitecturile şi unităţilor de comandă a fabricaţiei (deja dezvoltate în literatura de

specialitate) utilizând o abordare SOA, cu elementele relevante simulării fabricaţiei cât şi de

a propune o nouă arhitectură de simulare pentru a obţine astfel mai bună agilitate, se

impune, având în vedere paleta largă a posibilităţilor de aplicare.

1.2 Evoluţia şi structura tezei de doctorat

Tema tezei de doctorat se înscrie atât în preocupările internaţionale din sfera Fabricii Digitale cât şi în preocupările colectivului catedrei Tehnologiei Construcţiilor de Maşini din cadrul Facultăţii de Inginerie din Sibiu dar şi ale departamentului Produktionsautomatisierung ale Universităţii din Kaiserslautern, Germania, prin proiectele generale Innovative Factory Systems sub patronajul German Research Centre for Artificial Intelligence.

Fig. 1. Evoluţia tezei de doctorat

Introducere 7


În formularea tezei de doctorat au stat la bază concluziile desprinse din analiza şi sinteza stadiului actual al cercetărilor din sfera automatizării, modelării şi simulării sistemelor de fabricaţie, a evoluţiei fabricilor dar şi a tehnologiilor relevante din sfera IT - în special a conceptului SOA şi a tehnologiilor de implementare a acestuia – pentru sistemele de fabricaţie.

Teza a evoluat (fig. 1.1) prin analiza stadiului actual din planul de automatizare dar şi a abordărilor din sfera de simulare a fabricaţiei. Problematica formulată în urma analizei stadiului actual este soluţionată prin abordarea prezentată la nivelul conceptelor ScF şi ScA, a metodologiei de determinare a sub-proceselor „atomice” cât şi prin validarea lor la nivelul unui prim prototip implementat. Astfel obiectivul principal de migraţie îmbunătățită respectiv agilitate sporită dintre simulare şi sistemul real de fabricaţie (şi vice-versa) este atins.

Teza de doctorat este structurată în 7 capitole. Astfel, primul capitol al tezei vizează elemente introductive precum şi motivarea dar şi obiectivele tezei de doctorat.

Al doilea capitol al tezei prezintă stadiul actual din sfera automatizării, al sistemelor de fabricaţie, al conceptului de Fabrică Digitală, al modelării sistemelor de fabricaţie dar şi al conceptului SOA şi a tehnologiilor de implementare a acestui concept. Din perspectiva automatizării sunt prezentate cele mai importante soluţiile curente şi viitoare din sfera controlerelor logice programabile (PLC), CNC (Comandă Numerică de Conturare), Motion Control precum şi a reţelelor de comunicaţie dar şi abordările de middleware. Cu privire la sistemele de fabricaţie, subcapitolul doi focalizează evoluţia fabricilor dar şi a sistemelor tradiţionale şi reconfigurabile de fabricaţie. Conceptul de Fabrică Digitală este prezentat din prisma literaturii de specialitate şi definit în contextul acestei teze de doctorat. Metodele de modelare a sistemelor de fabricaţie sunt vizate din prisma metodelor grafice, matematice şi a simulării. Alături de conceptul SOA, ce este prezentat atât cu semnificaţia sa pentru IT dar şi pentru automatizare sunt vizate şi tehnologiile curente ce permit implementarea viziunii conceptuale.

În capitolul numărul 3 este formulată pe larg problema desprinsă din analiza şi sinteza stadiului actual dar şi obiectivele tezei de doctorat şi abordarea aleasă pentru atingerea obiectivelor tezei de doctorat.

În capitolul 4 sunt prezentate conceptele ce permit soluţionarea problemei formulate: arhitectura funcţionalităţilor în contextul elaborării conceptelor serviciilor ScF şi ScA. Pe lângă acestea o metodologie este prezentată pentru discretizarea şi verificarea modului de compunere a întregului proces de fabricaţie din sub-procesele „atomice” dar şi tehnologiile ce pot sta la baza implementării serviciilor ScA şi ScA.

În capitolul 5 este prezentată implementarea prototipului arhitecturii de simulare propuse în teză utilizând instrumentele actuale din sfera simulării şi a unităţilor de comandă a sistemelor de fabricaţie.

În finalul tezei, capitolul 6 şi 7 sunt prezentate sintetic concluziile desprinse din fiecare etapă de elaborare a tezei de doctorat respectiv posibilele direcţii de continuare a cercetărilor.

Cercetările au fost realizate în cadrul scolii doctorale de la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, proiectul POSDRU/6/1.5/S/26/7706 cu titlul „Creşterea rolului studiilor doctorale şi a competitivităţii doctoranzilor într-o Europă unită”, cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013.

Stadiul actual 8


2. Stadiul actual

2.1.1.1 IEC 61499 – standard deschis pentru control distribuit şi automatizare

Standardul IEC 61131 a fost adoptat pe scară largă în industrie dar ar putea ajunge la

capătul ciclului său de viaţă pentru că nu este capabil să ofere „agilitatea” necesară (sisteme

automatizate ce sunt distribuite, descentralizate şi flexibile cu privire la uşurinţa de

reutilizare) în momentul de faţă în fabricaţie [98]. Standardul IEC 61499 [128] – open

standard for distributed control and automation – a fost standardizat prima dată în 2005 şi

promite să ofere fabricaţiei nivelul de agilitate necesară pentru a face faţă exigenţelor

curente şi viitoare [96] soluţionând problemele cu care standardul IEC 61131 a fost

confruntat (în special problematica controlului distribuit).

Fig. 2. IEC 61499- Modele de referinţă pentru automatizare distribuită [120]

Misiunea standardului IEC 61499 priveşte următoarele atribute ale sistemelor, dispozitivelor

electronice şi a instrumentelor software [96] [127]:

- Interoperabilitate: abilitatea dispozitivelor aparţinând diferiţilor producători să

opereze împreună şi să realizeze funcţiile specifice unei aplicaţii sau mai multor

aplicații distribuite;

- Portabilitate: abilitatea instrumentelor software să accepte şi să interpreteze corect

elemente din librării produse de către alţi fabricanţi.

- Configurabilitate: abilitatea dispozitivelor electronice (aparţinând unor producători

diferiţi) şi componentele lor software pentru a fi configurate (selectate, desemnate

locaţii, interconectate şi parametrizate) de către diferite instrumente software

(aparţinând unor producători diferiţi).

Stadiul actual 9


Caracteristicile cu privire la suportul pentru reconfigurarea dinamică sunt şi ele cuprinse în

standardul IEC 61499 [96].

Primul element de bază al standardului IEC 61499 este aşa numitul bloc de funcţii (FB). Cel

de-al doilea element este utilizarea unui model de execuţie bazat pe evenimente.

2.1.2 Sisteme tradiţionale şi reconfigurabile de fabricaţie

Un sistem reconfigurabil de fabricaţie (SRF) este un sistem proiectat din start pentru o rapidă

schimbare a structurii sale, cât şi a componentelor hardware şi software, pentru a-şi adapta

cu uşurinţă capacitatea de producţie şi funcţionalitatea în cadrul unei familii de piese [17].

SRF prezintă avantajele ambelor soluţii tradiţionale de fabricaţie, astfel adaptează de la

liniile dedicate de fabricaţie focalizarea pe un produs/piesă într-o concentrare a fabricaţiei

pe familii de piese, iar, adaptarea de la sistemele flexibile de fabricaţie presupune un bun

nivel al productivităţii chiar şi în situaţia unei variaţii de producţie din cadrul aceleaşi familii

de piese, fără însă a modifica schema de producţie.

Hardware-ul şi software-ul reconfigurabil sunt necesare dar nu suficiente pentru un sistem

reconfigurabil de fabricaţie în adevăratul sens al cuvântului. Nucleul paradigmei SRF este

abordarea reconfigurării bazate pe proiectarea sistemelor de fabricaţie combinată cu

proiectarea simultană a controlerelor reconfigurabile (de ex. cu arhitectură deschisă)

implementate în maşini modulare reconfigurabile ce pot fi construite prin sinteza modulelor

de mişcare [45]. Un sistem SRF trebuie să asigure reconfigurarea : întregului sistem, a

hardware-ului maşinilor cât şi a sistemului software de control.

Un astfel de sistem poate fi comparat cu sistemul „Plug & Play” din industria PC ce oferă

posibilitatea configurării cu uşurinţă sub diverse forme a sistemelor de calcul în funcţie de

necesităţi.

Fig. 2.31 Unităţi modulare mecatronice ce compun un SRF [83]

Entităţile din cadrul unui astfel de sistem reconfigurabil trebuie să fie compuse din module

mecatronice ce sunt uşor de conectat în diferite configuraţii de fabricaţie. Un astfel de

exemplu este prezentat în figura 2.31. Acestea conţin un PLC, drive controler, convertor,

rectificator şi o unitate hidraulică [83]. Un astfel de sistem modular permite interconectarea

diverselor module într-un interval de câteva minute.

Viziunea unui sistem de control adaptabil autonom este prezentat în figura 2.32.

Stadiul actual 10


Fig. 2.32 Viziunea unui sistem de comandă independent adaptabil [84]

2.3 Fabrica Digitală

2.3.1 Introducere

Contextul actual poate fi caracterizat prin sporirea complexităţii produselor dorite de clienţi,

competiţia acerbă globală şi cererea extrem de fluctuantă a clienţilor în ceea ce priveşte

volumul dorit de produse şi tipurile de produse dorite. Se remarcă o diversificare

impresionantă a gamelor de produse dezvoltate pentru a face faţă clientului global. Un

exemplu bun este industria auto, care prin intermediul marilor producători de automobile şi-

a diversificat extrem de mult gama de automobile faţă de începutul anilor 1990 pentru a

face faţă cererilor din piaţă (fig. 2.33).

Fig. 2.33 Diversificarea gamei AUDI [94]

Se distinge în momentul de faţă o diferenţiere clară între lumea instrumentelor digitale

(Engineering Tools) şi sistemele de fabricaţie. Nu există o coeziune între dezvoltarea şi

simularea produselor şi proceselor cu producţia. Chiar şi instrumentele digitale nu sunt încă

perfect integrate, neexistând o completă coerenţă între ele. Aşa numitele soluţii software de

Fabrică Digitală încă nu integrează cele două lumi (fig. 2.34).

Stadiul actual 11


Fig. 2.34 Separarea actuală a celor două lumi (fabrica reală şi soluţiile de Fabrică Digitală curente) [89]

2.3.2 Definiţii

Conceptul de Fabrica Digitală va fi utilizat în cadrul acestei lucrări sub următoare forma şi în

conformitate cu [112]:

Fabrica Digitală reprezintă toate condiţiile necesare pentru realizarea producţiei virtuale şi a

producţiei reale eficiente respectiv a fabricii eficiente.

2.4.3 Simularea fabricaţiei

Simularea este tehnica de imitare a comportamentului unui sistem sau a unui proces (de ex.

: fizic, matematic, mecanic, social, etc.) prin intermediul unui sistem (sau a unui proces)

analog artificial corespunzător. Simularea poate fi privită fie ca un mod de observare a

ieşirilor unui model în funcţie de diverse intrări [9] sau poate fi privită ca o imitare a

operaţiilor unui proces real de-a lungul timpului [4]. Cu alte cuvinte, simularea poate fi

privită ca o metodă de analizare a comportamentului unui sistem real cât şi al efectului

intervenţiilor exogene asupra unor astfel de sisteme.

Simularea este utilizată pe scară largă pentru în industrie pentru a modela, studia şi

optimizare procese viitoare sau procese deja existente. Simularea cu evenimente discrete (

eng. discrete-event simulation - DES) este o ramura a metodologiei simulării larg răspândită

în industrie pentru analiza sistemelor de fabricaţie. DES se bazează pe modele discrete

stocastice.

2.5 SOA – Arhitecturi Orientate pe Servicii

2.5.1 Introducere în SOA (Service-Oriented Architectures)

Conceptul de orientare pe servicii este privit „ca o viziune ideală a lumii în care resursele

sunt clar partiţionate şi reprezentate consistent” [22]. Ideea de bază în cazul arhitecturilor

orientate pe servicii (SOA) implementată în IT, este că toate modulele software – denumite

servicii –sunt independente şi în acelaşi timp interoperabile [38] şi permit o descriere proprie

Stadiul actual 12


completă (eng. self-describing – se referă la documentaţia care sintetizează ce înseamnă şi

ce execută fiecare metodă şi parametru). Dificultatea majoră de implementare a conceptului

SOA, rezultă în principal, din caracteristicile impuse de interoperabilitate şi independenţă.

SOA a fost şi este utilizată în marea majoritate a cazurilor în sfera IT şi reprezintă module

software ce execută o funcționalitate specială din cadrul unui proces de afaceri.

SOA nu este nici o tehnologie sau un standard tehnologic, ci reprezintă un concept de nivel

înalt, independent de tehnologie ce asigură liniile directoare (sau schiţele de bază) după care

să fie realizată o arhitectură [66]. Actualmente mijlocul tehnologic preferat de implementare

a SOA este prin intermediul serviciilor Web (eng. Web Services).

O caracteristică importantă a SOA este cuplarea „largă” a serviciilor (eng. loose coupling).

Termenul de cuplare se referă la gradul de dependenţă al serviciilor între ele. În cazul

sistemelor agile este nevoie de servicii ce sunt independente unul de celălalt astfel

compunerea/descompunerea serviciilor să poate fi făcută uşor şi cu un grad sporit de

flexibilitate.

Accesul la serviciul corespunzător este definit prin intermediul interfeţei serviciului. Accesul

la serviciu se face după o cerere din partea unui solicitant al serviciului respectiv. Astfel,

solicitantul va putea accesa serviciul fără să se concentreze pe implementarea serviciului.

Evident, pentru ca un serviciu să interacţioneze unul cu celălalt este nevoie de un mecanism

de descoperire. Acest lucru se realizează prin intermediul unui mecanism de descoperire a

serviciilor. Deci, mecanismul de comunicare (fig. 2.46) în cazul SOA implică trei componente

principale: furnizorul serviciului (motorul furnizorului), solicitantul serviciului şi mecanismul

de descoperire al mecanismului. Mesajele sunt cele care leagă aceşti actori.

Fig. 2.46 Mecanismul de comunicaţie al SOA [57]

2.5.2 SOA în automatizare

SOA a fost aplicată iniţial în cazul proceselor de afaceri din cadrul întreprinderilor iar relativ

recent conceptul este utilizat şi în automatizare. SOA în cazul proceselor de afaceri se

bazează pe decuparea şi compunerea de aplicaţii ale întreprinderii ca servicii (componente

software). Acestea sunt independente din punct de vedere tehnic şi au o legătură directă cu

funcţionalitatea procesului de afaceri. Evident şi SOA aplicată în automatizare urmăreşte

aceleaşi lucruri, singura diferenţă constă în dependenţa de locaţie a hardware-ului care

Stadiul actual 13


execută serviciul respectiv. Nu este important unde are loc execuţia fizică a componentei

software ci execuţia corectă a funcţiei mecatronice corespunzătoare. Diferenţa majoră între

aplicarea conceptului SOA în automatizare şi IT constă în faptul că la nivelul sistemelor

automatizare trebuie focalizat procesul real de fabricaţie iar în sfera IT corelarea cu

procesele reale nu este atât de pregnantă. O comparaţie între SOA aplicată în IT şi

automatizare este descrisă în [66].

În privinţa cuplării largi în automatizare, acesta implică şi proiectarea unităţilor mecatronice

într-o formă modulară.

Beneficiile abordării SOA în automatizare sunt multiple:

- Conectarea diferitelor componente automatizare se face fără eforturi mari de

integrare;

- Implementarea unui proces se poate efectua prin ordinea logică de apelare a

serviciilor;

- Programarea nu mai are de a face cu intrări şi ieşiri iar logica este corelată cu

perspectiva funcţională reală a proceselor. Discutăm de un alt nivel de abstractizare

iar programarea este realizată la un nivel superior;

- Poate fi atins un nivel ridicat de independenţă din punct de vedere al hardware-ului

şi reutilizării dispozitivelor (dacă serviciile dispozitivelor sunt independente de

producător şi uniforme);

- Ierarhia din piramida automatizării devine heterarhică.

2.5.3 Orchestraţie versus coreografie

Executarea sistemelor cu o arhitectură orientată pe servicii este în general bazată pe două

abordări: orchestraţie şi coreografie2. Orchestraţia presupune ca toată logica de funcţionare

a sistemului să fie concentrată într-un singur loc şi poate fi astfel uşor de realizat un scenariu

ce implică o extensie sau o reconfigurare a unei maşini. Un motor de orchestrare

implementează logica aplicaţiei necesare pentru a orchestra procese atomice şi de a permite

o interfaţă de nivel înalt pentru procesele compuse.

Orchestraţia presupune o abordare orientată spre execuţia fluxului de procese sau

succesiunea proceselor atomice dar nu ia în calcul diferitele şabloane de conversaţie

necesare pentru a invoca serviciile asociate cu acele procese atomice. În schimb, coreografia

defineşte reguli ce guvernează interacţiunea dintre servicii pentru o anumită implementare

particulară a unui serviciu. Nivelul de coreografie vizează regulile ce definesc mesajele şi

interacţiunea succesiunilor ce trebuie să aibă loc pentru a executa un anumit proces printr-o

interfaţă particulară a serviciului [39].

2 Termenul de coreografie a fost selectat în detrimentul coregrafiei pentru a evidenţia clar că la nivelul tezei

este vizată coordonarea şi interacţiunea unor procese de fabricaţie şi nu arta de a crea dansuri sau balet.

Formularea problemei, obiectivele tezei de doctorat şi abordarea aleasă 14


3. Formularea problemei, obiectivele tezei de doctorat şi

abordarea aleasă

3.1 Contextul curent

Piaţa globală impune cu ea o nouă provocare: competiţia globală. Companiile se confruntă

cu o cerere extrem de fluctuantă din partea clienţilor în ceea ce priveşte volumul şi tipurile

de produse dorite. Produsele oferite clienţilor trebuie să fie de calitate (cu posibilitate

ridicată de particularizare), să fie disponibile rapid, cu un preţ mic, ce ajung în locul potrivit la

timpul potrivit. În acest context actual, companiile care vor supravieţui şi se vor dezvolta,

făcând o paralelă cu teoria evoluţiei descrisă de Darwin, nu vor fi cele mai puternice sau cele

mai inteligente, ci cele mai adaptive.

În zilele noastre există diferite concepte ce intenţionează ghidarea companiilor către

adaptabilitate şi agilitate. Un concept recent este Fabrica Digitală. Conceptul subliniază că

pentru ca o companie să atingă atribute ca agilitate sau adaptabilitate este necesară o

legătură foarte puternică între fabrica reală şi reprezentarea digitală a acesteia. Viziunea

este de a optimiza toţi parametrii în mediul virtual (proactiv sau în timpul operării) şi apoi să

se migreze datele către linia reală de fabricaţie. Este nevoie de o coeziune puternică între

aceste două entităţi. Conceptul este amplu prezentat în standardul VDI 4499 [151].

Una dintre problemele majore ale acestui ideal o constituie comunicaţia dintre simulare şi

linia reală de fabricaţie cât şi construcţia precisă a modelului liniei reale de fabricaţie,

formulate într-o formă generală, sau, mai specific modelarea şi migraţia un plan optim de

fabricaţie către un sistem flexibil sau reconfigurabil de fabricaţie. O migraţie completă şi fără

erori între aceşti doi actori ar trebui să ofere agilitatea necesară supravieţuirii şi dezvoltării în

mediul turbulent al pieţei globale datorită unei abordări sigure şi proactive. Comunicaţia însă

în majoritatea cazurilor se face utilizând o interfaţă OPC, deoarece numai mesaje pot fi

schimbate între simulare şi unitatea de comandă a sistemului de fabricaţie.

Problemele majore de migraţie provin pe de-o parte din cauza eterogenităţii sistemului

automatizat de fabricaţie – cu diferitele sale PLC-uri (produse de diverse firme – sisteme

proprietare), iar pe cealaltă parte a instrumentelor software; ambele elemente nu au fost

proiectate cu intenţia oferirii unui mecanism de „transfer” al rezultatelor de la o entitate la

cealaltă (obiectivele principale din faza de proiectare nu au fost de a oferi o uşoară

migraţiune a datelor). Fiecare perspectivă (automatizare şi simulare) asupra aceluiaşi proces

real de fabricaţie este diferit şi incomplet (unul focalizat pe programare de nivel inferior şi

celălalt în principal pe aspecte mecanice – cinematică, coliziuni, proiectare, flux de

materiale). Acesta este un aspect nevralgic ce nu permite o uşoară şi coerentă migraţie de la

un mediu la celălalt.

În momentul de faţă are loc numai un schimb de stări (declanşarea intrărilor/ieşirilor) între

controlere şi simularea fabricaţiei (fluxul de materiale, DMU) iar schimbul de date cu privire



la procesele de fabricaţie nu sunt transferate niciodată. Nici o abordare arhitecturală,

implementată pe scară largă în industrie, nu este orientată pe procesul real de fabricaţie.

3.2 Abordările actuale de simulare

În majoritatea cazurilor software-ul de simulare a fabricaţiei (fluxul de materiale, DMU) a

ajuns la nivelul curent adăugând funcţionalitate sau instrumente suplimentare de-a lungul

evoluţiei sale. Ce rămâne neschimbată este aceiaşi logică de bază sau arhitectură ce iniţial a

fost concepută. Spre exemplu, instrumentele de simulare a fluxului de materiale oferă celor

însărcinaţi cu panificarea producţiei o foarte bună înţelegere a sistemului actual de

fabricaţie, cât şi mijloacele pentru identificarea şi realizarea unor scenarii optimizate de

fabricaţie. Cu toate acestea, gâtuirea informaţională are loc în momentul în care scenariul

optimizat de la nivelul de simulare a fabricaţiei trebuie transferat la nivelul sistemului de

execuţie a fabricaţiei (MES), deoarece migraţia datelor fie nu este prevăzută, fie, în cel mai

bun caz, este incompletă .

O posibilitate curentă o reprezintă modelarea comportamentului sistemului prin logică

internă în cadrul simulării. Astfel, diferitele stări ale sistemului (relevante pentru controler)

sunt modelate prin grafice de funcţii secvenţiale (eng. Sequential Function Charts - SFC ) în

Delmia [88] sau variabile globale în Plant Simulation [80]. Apoi variabilele globale sau SFC-

urile sunt conectate cu porturile de intrare sau ieşire ale PLC-ului. Când un anume eveniment

are loc în simulare acestea îşi schimbă starea (SFC sau variabilele globale) declanșând la

rândul lor o schimbare corespunzătoare a stărilor din PLC (prin intermediul interfeţei OPC).

O altă posibilitate în cazul Delmia ar fi de a programa logica – programul PLC – în PLC şi de a

conecta intrările şi ieşirile acestuia către porturile simulării, permiţând astfel, vizualizarea

logicii într-un mediu animat virtual. Opţiunea unei combinaţii dintre cele două scenarii este

posibilă în Delmia.

În [49] se subliniază că Delmia Automation (celelalte instrument fiind chiar şi mai limitate cu

privire la validarea şi a procesului de validare din mediul virtual către lumea reală) permite o

validare a logicii de control în mediul de simulare oferind şi posibilitatea de programare a

diferitelor modele de PLC-uri. Dar migraţia către linia reală are următoarele obstacole

conform [49]:

- „Validarea utilizând un limbaj formal nu există”;

- Implementarea în controlere este dependentă de interfeţele dezvoltate necesitând

„mai multă integrare şi compatibilităţi la nivelul interoperabilităţii”;

- Nu este pregătită pentru a permite existenţa „sistemelor multi-agent sau a celor

orientate pe servicii”.

Pentru a concluziona, nici probabil cel mai bun instrument digital din sfera fabricației digitale

– Delmia - nu oferă o tranziţie „lejeră” de la mediul virtual către cel real şi vice-versa.



3.3 Abordările actuale cu privire la PLC-uri

Standardul IEC 61131 este utilizat pe scară largă în industrie dar acesta ar putea să fie

înlocuit de standardul IEC 61499 (standard deschis pentru control distribui şi automatizare).

Limitările principale ale standardului IEC 61131 sunt legat de „agilitatea” limitată oferită de

acesta. IEC 61499 în schimb este elaborat pentru a conferi sistemelor următoarele atribute:

interoperabilitate, portabilitate, configurabilitate, reconfigurare dinamică.

Standardul are la bază blocul de funcţii şi un model de execuţie bazat pe evenimente. El

permite unei aplicaţii să poată rula peste mai multe resurse ale mai multor dispozitive. Astfel

putem vorbi despre o comandă distribuită a întregului sistem rezultând o flexibilizare majoră

în cazul unui scenariu de reconfigurare comparativ cu standardul IEC 61131.

PLC-uri şi instrumente software (ISaGRAF) conforme cu IEC 61499 sunt deja disponibile pe

piaţă. Astfel scenariile de reconfigurare pot fi puse mai uşor în practică nemaifiind necesare

„adaptări” are programului, astfel încât, modulele noi introduse în sistem să fie mai uşor

corelate cu celelalte componente ale sistemului.

Abordările actuale din sfera simulării şi a controlerelor nu oferă o relaţie

(conexiune/migraţie suficientă) biunivocă ce priveşte o conectare mai bună a facilităţilor de

producţie şi simularea. Prin dezvoltarea standardului IEC 61499 relaţia dintre cei doi actori se

îmbunătățește.

3.4 Abordările actuale cu privire la Middleware

Primele soluţii implementate pe scară largă în practică ce sunt utilizate şi astăzi sunt

reprezentate CORBA şi (D)COM. Obiectivul comun al celor două soluţii îl reprezintă

asigurarea unei tehnologi ce permite diferitelor aplicaţii să comunice în cadrul unei reţele.

Fundaţia OPC (OLE for Process Control) cu prima specificaţie OPC DA utilizează tehnologia

(D)COM pentru a soluţiona problema majoră din trecut: de a permite un mecanism de

comunicaţie între diversele dispozitive sau controlere SCADA sau HMI. OPC UA a fost

dezvoltat pentru a răspunde nevoilor curente şi viitoare pe care clasicul OPC nu a fost

proiectat să le rezolve.

OPC UA menţine toată funcționalitatea clasicului OPC dar foloseşte tehnologii bazate pe

Web şi un protocol binar optimizat bazat pe TCP pentru o comunicaţie performantă în locul

tehnologiei (D)COM ce aparţine celor de la Microsoft. Astfel, specificaţia OPC UA devine

independentă de platformă depăşind una dintre problemele majore ale clasicului OPC. OPC

UA specifică cum sunt schimbate datele, iar modelele informaţionale standard specifică ce

informaţie este schimbată [56].

OPC UA oferă posibilitatea de a utiliza modele informaţionale (unele simple sunt deja

definite) putându-se defini alte modele particularizate pentru nevoi specifice. Cu

introducerea metadatelor este posibilă nu numai transmisia unor variabile dar în acelaşi

timp cum trebuiesc interpretate acele date care au fost transmise (date despre date).



Principalul dezavantaj îl reprezintă viteza de transfer a datelor cu OPC UA, pentru că mai

multe informaţii sunt comunicate. Astfel viteza de transfer a datelor este mai mică în

comparaţie doar cu câteva variabile este mai înceată faţă de clasicul OPC [56]. Acest lucru

este compensat însă de posibilitatea oferită de OPC UA de a coabita cu clasicul OPC.

Încă un dezavantaj îl reprezintă faptul că nu toate aspectele din specificaţia OPC UA (devenit

standardul IEC 62541) sunt disponibile, cum ar fi comunicaţia dintre servere.

3.5 Formularea problemei

Lipsa unei abordări arhitecturale integratoare este clar identificabilă, în ceea ce priveşte

relaţia dintre simularea fabricaţiei (este vizată simularea fabricaţiei şi DMU) şi unităţile de

comandă ale sistemelor de execuţie a fabricaţiei (ex.: PLC). Pe lângă acestea, este evidentă şi

lipsa unei perspective holistice asupra proceselor reale de fabricaţie, respectiv a unui nivel

de abstractizare comun atât în simulare cât şi în automatizare.

Standardul IEC 61499 – standard deschis pentru control distribuit şi automatizare – este

considerat potrivit pentru abordarea mai sus enunţată din cauza modelului de aplicaţie

descris în standard (de ex.: un serviciu (aplicaţie) de manipulare) ce este capabilă să fie

executată de către mai multe dispozitive (poate implica mai mulţi roboţi, un conveier,

senzori şi diferiţi actuatori), astfel permiţând o abordare într-adevăr centrată pe proces.

Astfel putem distinge procesele reale ce au loc în fabrică şi de a programa controlerul

corespunzător (având perspectiva întregului proces) şi nu de a ne concentra în special pe

intrări şi ieşiri.

Modelul de aplicaţie din standardul IEC 61499 şi integrarea sa la nivelul controler-ului

programabil poate fi de asemenea extinsă către modelele de simulare ce sunt orientate pe

servicii. Instrumentele de simulare ar trebui să asigure o perspectivă mai bună a proceselor

ce au loc în fabrică oferind această perspectivă. Astfel aceiaşi perspectivă asupra aceluiaşi

proces real va exista în ambele cazuri – inginerul de simulare şi cel de la departamentul de

automatizare.

Ca soluţie de middleware, OPC UA este capabilă de a schimba mai multe date între actuatorii

piramidei de automatizare dacă este să o comparăm cu predecesorii ei. Este potrivită pentru

abordarea noastră formulată anterior pentru că: este orientată pe servicii, este capabilă să

comunice mai mule date cu o mai bună securitate fiind independentă din punct de vedere al

sistemului de operare şi continuu actualizată şi implementată (sau viitor implementabilă) de

către principalele companii cum ar fi Siemens, Rockwell Automation etc.

O arhitectură orientată pe proces (servicii) ce implică simularea şi controlerele de la geneza

sa este veriga lipsă dintre o mai bună cuplare a lumii digitale cu cea reală. După cum a fost

prezentat şi anterior actualele şi viitoarele dezvoltări din tehnologia controlerelor şi a

middleware-ului permit o abordare centrată pe procesul real de fabricaţie dintre simulare şi

facilităţile reale de producţie (şi vice-versa).



3.6 Obiectivele tezei de doctorat

Obiectivul tezei de doctorat este de a propune o nouă arhitectură cu privire la simularea

fabricației (flux de materiale şi DMU) ce are o abordare puternic orientată pe proces în ceea

ce priveşte sistemele reale de fabricaţie. Astfel, accentul tezei de doctorat va fi unul

concentrat în planul conceptual.

Prin termenul de simulare, se va înţelege în prezenta teză de doctorat, simularea fluxului de

materiale şi DMU (eng. Digital Mock-Up).

3.7 Abordarea cu privire la atingerea obiectivelor tezei de doctorat

Fig. 3.3 Exemplu de arhitectură a funcţionalităţilor

Pentru atingerea obiectivului tezei de doctorat vor fi propuse conceptele: „arhitectura

funcţionalităţilor” şi serviciile centrate pe fabricaţie şi automatizare (ScF şi ScA). Arhitectura

funcţionalităţilor presupune discretizarea întregului proces de fabricaţie – funcţie de

caracteristicile specifice procesului respectiv a dispozitivelor mecatronice – în unităţi

„atomice”. Discretizarea trebuie să urmărească în special atingerea unui grad cât mai ridicat

de concordanţă între sub-procesul „atomic” descris şi dispozitivul/dispozitivele care îl

execută pe acesta. Astfel, întreg procesul de fabricaţie poate lua forma unei succesiuni de

procese „atomice”(fig. 3.3).

Pentru a permite descrierea proceselor „atomice” şi de a transfera informaţiile dintre

simularea fabricaţiei şi sistemele de fabricaţie vor fi elaborate conceptele de Servicii centrate

pe Fabricaţie (ScF) şi Servicii centrate pe Automatizare (ScA). Acestea sunt dezvoltate astfel

încât să încorpozere ideile de bază ale standardului IEC 61499, dezvoltarea actuală a SOA în

automatizare ( implementată în general prin tehnologiile de comunicaţie bazate pe Web)

cât şi tehnologii curente sau în curs de dezvoltare ce permit stocare şi transferului datelor

necesare pentru a reprezenta complet procesul de fabricaţie sub forma unui format de date

neutru (de ex.: AutomationML).

Conceptele propuse 19


4 Conceptele propuse

Acest capitol vizează motivaţia şi descrierea conceptelor propuse, serviciile centrate pe

fabricaţie şi automatizare ScF şi ScA cât şi arhitectura de simulare, ce vor permite o mai

strânsă legătură dintre simularea fabricaţiei şi sistemele reale de fabricaţie. Acest lucru

poate fi realizat prin încapsularea tuturor aspectelor relevante fabricaţiei (pentru simulare şi

unitatea de comandă a sistemului de fabricaţie) într-o singură entitate, reprezentată de

serviciul generic.

4.1 Introducere

Viziunea funcţionării unui sistem de fabricaţie conform paradigmei SOA implică coreografia

sau orchestrarea serviciilor. Astfel, în cazul orchestrării, întregul proces de fabricaţie, la nivel

de execuţie logică, se rezumă doar la succesiunea apelării execuţiei serviciilor de la nivelul

superior de comandă reprezentat de orchestrator.

SOA implică nu numai crearea unităţilor independente şi interoperabile la nivel logic –

serviciile -, dar şi la nivelul construcţiei modulelor hardware independente şi interoperabile

ce sprijină astfel, şi la nivel hardware, agilitatea în cazul scenariilor de reconfigurare.

Aplicarea SOA, la nivelul hardware implică, pe lângă standardizare şi modularizare

mecatronică, introducerea capabilităţilor computaţionale la nivelele inferioare ale piramidei

automatizării.

În sprijinul unui scenariu de fabricaţie ce sprijină SOA, se consideră cazul cel mai general al

unui sistem de fabricaţie automatizat ce poate avea unul sau toate dintre cele trei

componente principale:

- Unităţi mecatronice inteligente: ce au în componentă integrate inteligență şi

posibilitatea de comandă;

- Componente mecatronice agregate: construite din componente aparţinând unor

diverşi producători iar „guvernarea” lor se face de către o componentă internă ce

are rol de comandă. Un exemplu elocvent în acest caz îl constituie un sistem de

transport;

- Componente de comandă superioare care guvernează întreg sistemul de fabricaţie.

Evident există şi sisteme compuse şi din unități pur mecanice sau electromecanice ce ar

putea fi conectate cu elementele mecatronice. Ne vom concentra însă atenţia pe sistemele

de fabricaţie compuse în special din categoria sistemelor formate din cele trei componente

principale pentru a exemplifica mai bine implementare cu o abordare SOA a întregului

sistem.

Coordonarea în timpi rezonabili de către un singur orchestrator este dificilă, în cazul unui

sistem complex de producţie, având fiecare senzor/actuator sau dispozitiv simplu expus ca

un serviciu. Pentru a evita acest lucru serviciile trebuie grupate în servicii compuse co-

ordonate de către orchestratorul local corespunzător diverselor dispozitive inteligente sau



agregate. Astfel orchestratorul principal va avea de-a face cu mai puţine servicii, în general

servicii compuse, dar şi de serviciile ce implică corelarea/sincronizarea a două sau mai multe

componente mecatronice aflate în dispozitive diferite.

După cum s-a prezentat şi în (capitolul 2.5 – SOA) încă nu este posibilă implementarea

completă a SOA datorită următoarelor cauze principale:

- Tehnologice: dispozitive noi trebuie dezvoltate sau derivate pentru a găzdui aplicaţii

(servicii) până la nivelele inferioare ale piramidei automatizării (senzori şi actuatori);

- Software: definirea aspectelor (specifice fabricaţiei pentru uşoara construire a

modelului de simulare şi migraţia datelor către controler) care trebuie încapsulate pe

lângă standardele curente bazate pe Web;

- Metodologice: după ce criterii poate fi descompus întreg procesul de fabricaţie în

componente tehnice (sub-procese ulterior încapsulate în servicii) bine definite ce

sunt autonome interoperabile şi reutilizabile pentru sfera automatizării dat fiind

varietatea extraordinară a tipologiei sistemelor de fabricaţie.

4.2 Servicii centrate pe fabricaţie şi pe automatizare (ScF şi ScA)

4.2.1 Premise

O arhitectură bazată pe servicii ce incorporează simularea fabricaţiei şi fabrica reală

reprezintă un „sistem-lego” hardware şi software complex (fig. 4.2), proiectat pentru a

construi cu uşurinţă modelul simulat şi de a evalua produce şi reconfigura sistemul de

fabricație real pentru a face nevoilor din piaţă. Pe lângă acestea, integrarea cu nivelele

superioare al fabricii (ERP) sunt şi ele extrem de importante. Identificarea principalelor

entităţi de construcţie cu privire la diferitele faze prin care trece sistemul de fabricaţie va

duce la definirea serviciului generic caracterizat prin complexitatea cea mai mare. De

menţionat ar fi faptul că abordarea din teză se bazează pe orchestrarea serviciilor şi nu

coreografie.

Pentru prima fază, cea de construcţie a unui sistem de fabricaţie, cel mai generic serviciu ar

trebui să permită:

- Descoperirea sa, identificarea şi integrarea a noului dispozitiv introdus in sistem;

- Locaţia fizică a dispozitivului din cadrul sistemului;

- Descrierea dispozitivului (CAD, DMU, cinematică etc.);

- Funcţionalitatea dispozitivului (ex.: manipularea unei carcase).

Pentru faza de testare şi punere în funcţiune, serviciile ar trebui să permită:

- Verificarea stărilor fiecărui serviciu dar şi a întregului sistem compus din suma tuturor

serviciilor, cu privire la atingerea unor stări interzise, stabilitate şi blocaje;

- Transferul (maparea) complet a caracteristicilor logice şi fizice dintre linia reală de

fabricaţie şi simularea acesteia:



o Migraţia datelor cu privire la caracteristicile fizice şi logice într-o reţea locală

sau Internet de la simulare către linia reală de fabricaţie şi vice-versa. Acesta

pentru a permite o descriere completă (şi sincronizată cu realitatea existentă

în cadrul sistemului real de fabricaţie) a modelului simulat cât şi întreaga

funcţionalitate a sistemului real de fabricaţie (în corelaţie cu rezultatele

simulării);

o Migraţia succesiunii logicii procesului de la orchestrator către simulare şi vice

versa;

o Posibilitatea efectuării a scenariilor de testare hardware in the loop (HIL),

software in the loop (SIL) sau ambele.

Pentru realizarea proceselor curente numai de către sistemul de fabricaţie, serviciile ar

trebui să permită:

- O actualizare rapidă (chiar în timp real) a stărilor;

- O vizualizare sau pre-vizualizare o proceselor trecute, curente şi viitoare ce au loc în

sistemul real de fabricaţie cât şi în simulare.

Pentru o reconfigurare completă, serviciile ar trebui să permită:

- Actualizarea hardware-ului şi a logicii existente pe linie (ştergerea dispozitivelor vechi

şi inserarea celor noi);

- Toate aspectele prezentate în fazele de construcţie cât şi de testare şi punere în

funcţiune.

Pentru migrarea datelor către sistemele superioare companiei, serviciile ar trebui să

permită:

- Actualizarea valorilor şi caracteristicilor corespunzătoare, nu obligatoriu în timp real

(ex.: piese produse, defecte, dispozitive fizice implicare în scenariul curent de

fabricaţie);

- Actualizarea dispozitivelor fizice implicate în fabricaţie după un scenariu de

reconfigurare.

Fig. 4.2 Exemplu de arhitectură orientată pe servicii ce înglobează fabricaţia şi simularea

Rezumând toate scenariile prezentate anterior sunt trei mari situaţii:



I. Numai sistemul real de fabricaţie funcţionează. Acesta poate fi oprit, în stand-

by sau în funcţionare. Datele sunt migrate către simulare şi ERP numai când

acest lucru este necesar.

II. Simularea şi sistemul de fabricaţie sunt conectate, permiţând: HIL, SIL,

încărcare şi descărcare de date între cei doi actuatori. La final sistemul real de

fabricaţie va fi actualizat cu cele mai noi scenarii de fabricaţie.

III. Numai simularea este utilizată când noile configuraţii sunt testate. Intrări cu

privire la noile dispozitive introduse din sistemul de fabricaţie pot fi necesare

pentru a încărca caracteristicile fizice şi logica procesului în simulare.

Astfel corespunzătoare celor trei situaţii majore se poate distinge nevoia pentru conceperea

a două specificaţii de servicii:

- O structură „uşoară” din prisma aspectelor încapsulate în serviciului utilizat numai în

cazul fabricaţiei. Acest serviciul va fi denumit Serviciu centrat pe Automatizare (ScA);

- O structură „grea” din prisma aspectelor încapsulate (ce conţine ScA) ce oferă pe

lângă aspectele „uşoare” şi capabilităţile de migraţie a datelor de la linia reală către

simulare (şi vice-versa) permiţând scenarii de construcţie a liniei, punere în funcţiune,

testare precum şi reconfigurarea liniei reale sau utilizarea numai a simulării. Aceste

servicii ce încapsulează toate aspectele relevante pentru simulare şi sistemul real de

fabricaţie îl vom denumi „Serviciu centrat pe Fabricaţie (ScF)”.

Aceste două servicii ScF şi ScA, reprezintă perspectiva cvasi-integrală sau parţială a realităţii

cu privire la acelaşi proces real, dar funcţie de situaţia în care se află cuplul simulare - sistem

real de fabricaţie se utilizează anumite tipuri de servicii (unele aspecte încapsulate în

serviciul general sunt fie ascunse fie disponibile). ScA trebuie să includă doar aspectele

necesare unui sistem de fabricaţie să producă dar şi să transmită date (nu sunt necesari

timpi reali) către sisteme ERP când acest lucru este dorit.

Sunt trei motive principale pentru care sunt necesare cele două tipuri de servicii:

- ScA pot fi găzduite în viitor de senzori sau actuatori (viziunea proiectului SIRENA

[145]) cu posibilităţi computaţionale reduse (SOA implementată până la nivelele

inferiaore ale piramidei automatizării). ScF va conţine, până la dezvoltarea viziunii

SIRENA, întreaga inteligenţă a tuturor aspectelor relevante pentru simulare şi

sistemul de fabricaţie în unitatea computaţională principală (controlerul principal);

- Motive de securitate. Întregul sistem compus din suma serviciilor ScA permit

sistemului de fabricaţie real să funcţioneze. Întreaga descriere a procesului (prin ScF-

uri) este disponibilă numai în anumite situaţii. Astfel datele integrale nu pot fi uşor

accesibile persoanelor neautorizate;

- Motive de automatizare. Inginerul de automatizare poate lucra numai cu ScA-uri

pentru sarcini uşoare sau schimbări de proces în cadrul orchestratorului fără a se

concentra pe implementarea din interiorul serviciului.



4.2.2 Definirea conceptuală a serviciului generic

Serviciile în general sunt unităţi software modulare ce execută o anumită funcţionalitate

fiind utilizate în special în industria IT (în cadrul proceselor de afaceri). Pentru

implementarea acestora la toate nivelurile sistemului de fabricaţie este nevoie ca întreg

sistemul să fie compus din componente ce deţin unităţi computaţionale (sistemele de

fabricaţie să deţină inteligenţă artificială). Foarte important şi similar cu o aplicaţie definită în

cadrul standardului IEC 61499, în abordarea acestei teze de doctorat, un serviciu ar trebui să

poată funcţiona de la o singură resursă a unui singur dispozitiv până la multiple resurse

aparţinând mai multor dispozitive. În cadrul acestei teze de doctorat o componentă a

sistemului este văzută ca un dispozitiv mecatronic. Un dispozitiv mecatronic este compus în

cele mai multe cazuri din unităţi mecanice, electrice şi computaţionale dar pot exista şi

cazuri în care componente pneumatice sau hidraulice etc. pot intra în structura lor.

Vizibilitatea şi accesul la aceste unităţi dar şi relaţia dintre ele ar trebui să fie disponibile în

interiorul serviciului, pentru un utilizator; acest lucru este necesar în mod special când se

construieşte un sistem de la zero atât în realitate cât şi în simulare. Astfel, este nevoie de noi

caracteristici, pe care un serviciu trebuie să le cuprindă, pe lângă cele generice (considerând

specificaţia curentă a standardelor Web), în care se regăsesc doar identificarea serviciului,

logica de control şi funcţionalitatea componentei încapsulate la nivelul serviciului, pentru a

adopta abordarea centrată pe servicii şi în cazul sistemelor de fabricaţie. Acestea noi

caracteristici sunt:

- Descrierea caracteristicilor fizice ale dispozitivelor (de ex. : mecanice, electrice,

computaţionale) descrise de serviciile corespunzătoare. Foarte important în cazul

erorilor de funcționare sau în cazul conectării simulaţiei cu sistemul de fabricaţie.

Aceste caracteristici fizice pot fi importate în simulare permițând o descriere fizică

corectă şi deci un model de simulare mai precis.

- Relaţia fizică a dispozitivului cu sistemul de fabricaţie. Unde este situat dispozitivul în

cadrul unui sistem de fabricaţie? Care sunt referinţele în acest caz ?

- Caracteristici de implementare. Corelaţia dintre funcţionalitatea unui serviciu (de

ex.:scriere, citire – în cazul unui dispozitiv RFID) cu descrierea fizică şi tehnologia de

comunicaţie. Vizează inter-conexiunile interne din cadrul unui serviciu cu privire la

hardware-ul care este implicat în execuţia serviciului. Trasabilitatea logicii fizice în

cadrul funcţionalităţii serviciului poate fi astfel obţinută.

- Caracteristici de agregare. Serviciul trebuie vizualizat ca un holon. Poate reprezenta

singur un întreg dar poate fi în acelaşi timp parte a altui întreg. Astfel inter-

conectarea cu alte servicii ar trebui prevăzute la capabilităţile interfeţei ce permit o

uşoară construcţie a serviciilor compuse. Servicii complexe pot descrie astfel în

întregime procesul de fabricaţie a unui produs.

- Orchestraţia sau coreografia serviciilor. Abordarea aleasă va impune premise de

construcţie diferite ale serviciilor. Coreografia impune capabilităţi de interacţiune

adiţionale pentru că nu mai discutăm de o succesiune clară a serviciilor ci mai



degrabă de o negociere între diversele servicii pentru a genera un model de proces

optim.

Fig. 4.3 Aspectele încapsulate de către ScA

Fig. 4.4 Aspectele încapsulate de către ScF

Acest serviciu complex compozit poartă numele de „Serviciul centrat pe Fabricaţie – pe scurt

ScF”. Astfel serviciul generic de fabricaţie sau ScF (fig. 4.4) este compus din şapte aspecte ce

construiesc principalele trei faţete ale sistemului de fabricaţie – descriere pentru simulare şi

unitatea de comandă, descrierea funcţionării dispozitivelor şi interacţiunea şi compunerea

serviciilor. Aceste aspecte sunt:

1. Identificarea: este necesară pentru o selecţie sau o adresare fără ambiguităţi a

serviciului.

2. Interfaţa: necesară pentru a accesa/descoperi serviciul din afara sa.

3. Funcţionalitatea: necesară pentru identificarea şi determinarea funcţionalităţilor

serviciul. Aspectul funcţionalităţii este compus din sub-operaţii cu parametrii şi

descrierea corespunzătoare (ex.: un serviciu RFID va fi compus din operaţiile de

scriere citire – vezi tabelul 5.3 din [65] pentru o exemplificare completă ce utilizează

tehnologiile DPWS şi UPnP). Totodată unitatea computaţională ce realizează

funcţionalităţile trebuie şi ea vizată, locaţia ei fiind de mare importanţă pentru

realizarea sigură a scenariilor de reconfigurare.

4. Data Sheet: acest aspect din cadrul serviciului serveşte pentru descrierea

mecatronică şi localizarea (relaţia cu restul componentelor din cadrul sistemului)

dispozitivului (dispozitivelor) implicate în definiţia serviciului respectiv. Este un fişier

de stocare al tuturor elementelor necesare pentru construcţia sub o formă digitală în

cadrul simulării ce vizează aspectele: mecanice, electrice, logice (şi pneumatice,

hidraulice etc. în cazuri particulare). Acest fişier stochează toate datele şi

interconexiunile pentru a construi reprezentări virtuale ale sistemului de fabricaţie în

simulare necesar în special în momentul construirii unui sistem de la zero.



5. Comunicaţie: acest aspect relevă ce legături fizice de comunicaţie există cu privire la

dispozitivul fizic şi ce tehnologii de comunicaţie şi scheme sunt folosite pentru

comunicaţia dintre servicii. În cazul fizic cel mai general acesta ar implica comunicaţia

dintre maşini prin intermediul unei reţele locale, dintre dispozitive şi dintre resursele

unui dispozitiv. Acest aspect este util în cazul unui scenariu de diagnoză.

6. Implementare: acest aspect cuprinde toate elementele ce permit unui dispozitiv să

funcţioneze de unul singur. O bună parte, dacă nu majoritatea, aspectelor necesare

sunt cele regăsite în aspectul de funcţionalitate şi comunicaţie.

7. Inter-conectare: un aspect foarte complex al serviciului. Este asemenea unui „liant”

ce permite agregarea aspectelor trecute într-o singură unitate şi de asemenea

agregarea serviciilor de bază în servicii compuse. Acesta ar putea reprezenta

Enterprise Service Bus dacă se imaginează cel mai complex serviciu compus până la

cel mai înalt nivel. Inter-conectarea poate fi structurată suplimentar în două părţi:

interconexiuni interne şi externe. Interconexiunile interne completează aspectul de

Implementare pentru a permite actualizarea elementelor relevante din Data Sheet.

Actualizarea configuraţiei curente de producţie se poate transfera către elementele

din Data Sheet şi apoi mai departe în simulare. Interconexiunile externe vizează

cuplarea unui serviciu cu altul sub forma unor servicii compuse.

Fig. 4.5 Perspectiva idealizată a dispozitivelor cu privire la topologia aspectelor ScF

În figura 4.5 este prezentată o perspectivă a unui dispozitiv cu o arhitectură în care

elementele de natură mecanică, electrică, computaţionale etc., sunt clar delimitate. Pe un

astfel de model, pentru o mai uşoară vizualizare, este exemplificată poziţia şi rolul pe care

aspectele ScF le au la nivelul unui dispozitiv cât şi relaţia sa cu alte dispozitive.

4.2.3 Tehnologiile care vor permite implementarea conceptelor

Pentru implementarea conceptelor serviciilor ScF şi ScA sunt necesare două componente

majore în jurul cărora se poate începe programarea serviciilor. O componentă reprezentată

de o tehnologie de implementare SOA în planul automatizării (ex.: DPWS) verificată alături

un cadru de implementare a unei astfel de tehnologii (verificat de sfera ştiinţifică); astfel

avem certificarea funcţionării unui sistem industrial conform paradigmei SOA.



Cadrul SIRENA, este unul dintre primele exemple de seamă, ce demonstrează capabilităţile şi

posibilitățile viitoare ale unei astfel de abordări SOA complete prin exemplu industrial al

„dozatorului” [7] [38].

O a doua componentă majoră reprezintă existenţa unui format pentru stocarea şi schimbul

de date dintre unitatea de comandă a sistemului de fabricaţie şi simulare. Aceste date

privesc integrat o serie de faţete ale producţiei care azi, în cel mai bun caz, pot fi accesate

sub forma unor formate de date proprietare. Apariţia în 2006 a formatului pentru schimbul

de date AutomationML ce înglobează sub un singur „acoperiş” - un singur format de date

neutru - informaţii cu privire nu numai la topologia dispozitivului, reprezentarea sa CAD,

aspectele de cinematică şi de logică a sistemului (toate având la bază XML şi în concordanţă

cu standardul IEC 62424 (CAEX)) dar şi posibilitatea de a ataşa pe viitor şi alte faţete tot sub o

formă XML susţin realizarea aspectului de Data Sheet a ScF.

Ţinând seama de cei doi piloni fundamentali care deja există şi se vor maturiza pe viitor,

putem formula cu deplină siguranţă că este posibilă şi fezabilă realizarea serviciilor ScF şi ScA

în contextul utilizării arhitecturii funcţionalităţii pentru orchestrarea serviciilor. Astfel întreg

sistemul de fabricaţie poate fi realizat dintr-o succesiune de servicii iar simularea poate fi

mai precisă şi mai eficientă în cazul migrării datelor, de la sistemul de fabricaţie în simulare

dar şi vice versa.

4.3 Arhitectura de simulare propusă

Conceptul arhitectural are la bază atât diviziunea procesului de fabricaţie în sub-procese

„atomice” (arhitectura funcţionalităţilor) cât şi încapsularea descrierii acestor sub-procese

„atomice” (relevante pentru simulare şi/sau fabricaţie) sub forma unor module software

independente şi interoperabile – ScF şi ScA. Deci, arhitectura, în forma sa generală (fig. 4.10),

utilizează cele două concepte: arhitectura funcţionalităţilor şi serviciile ScF şi ScA, ce sunt

implementate la nivelul celor trei actori - orchestratorul, simularea şi linia reală (unitatea de

comandă).

Primul patrulater de la nivelul conceptului (fig. 4.10) (reprezentat sub forma linie-punct)

reprezintă discretizarea procesului în sub-procese „atomice” (ce execută o anumită

funcţionalitate din întreg procesul) şi transferul descrierii funcţionalităţii lor (înainte/înapoi)

sub un anumit formalism ce permite verificarea acestora (pentru a evita posibilitatea de a se

genera stări nedorite ale sub-sistemelor ce formează întregul proces de fabricaţie). Un

posibil exemplu de formalism utilizabil este cel al reţelelor Petri, exprimat mai pe larg în

cadrul capitolului 4.4 (în cadrul metodologiei pentru discretizarea procesului de fabricaţie).

După validarea stărilor pe care le poate descrie întreg sistemul (compus acum din sub-

procese) are loc încapsularea funcționalității la nivelul serviciilor. Prin orchestrarea

succesiunii serviciilor (ScF şi ScA) se oferă posibilitatea de comandare atât a simulării cât şi a

sistemului real de fabricaţie.



Fig. 4.10 Arhitectura de simulare propusă în teză

4.4 Metodologie pentru discretizare proceselor de fabricaţie

Arhitectura de simulare propusă în teză are la bază sub-diviziunea întregului proces de

fabricaţie. O metodologie pentru discretizarea proceselor de fabricaţie şi de verificare a

discretizării se impune, pentru că această diviziune se face doar prin intermediul experienţei

celui ce implementează sistemul de fabricaţie. Inexistenţa indicaţiilor cu privire la modul în

care se poate ajunge la un sub-proces „atomic” dar şi lipsa unei abordări ce permite

verificarea stării sistemului în urma compoziţiei din sub-procese, va duce la o construcţie

logică deficitară, în cazul aplicării procesului de atomizare asupra unui sistem real complex

de fabricaţie.

În cazul unui experiment demonstrativ, caracterizat de un proces simplu de fabricaţie, stările

nedorite sau eventualele blocaje în care poate ajunge sistemul (guvernat fie prin

orchestrarea sau coreografia serviciilor) pot fi relativ uşor identificate şi corectate. Dacă însă

discutăm de un sistem complex, cum este cazul sistemelor de fabricaţie industriale, acest

lucru este extrem de dificil. Astfel este nevoie de o abordare metodologică cu privire la

definirea sub-proceselor, încapsulate la nivelul serviciilor dar şi de verificarea a acestora.

Metodologia propusă (fig. 4.13), posibil utilizabilă în viziunea lucrării curente - în cazul

expunerii sistemului de fabricaţie sub forma unui set de servicii - are o formă adaptată din

cea expusă în lucrarea [27] la care se adaugă o fază de validare pe linia reală de fabricaţie.

Principalul avantaj al metodologiei îl reprezintă reprezentarea sub-proceselor sub forma

unor reţele Petri, formalismul permite o uşoară verificare a posibilelor stări ale sistemului

datorită fundamentării matematice, dar şi gradul ridicat de dezvoltare al cercetărilor şi

aplicaţiilor pentru modelarea şi verificarea sistemelor. Formalismul Petri este potrivit fiindcă



modelara sistemului prin această metodă prezintă o bună similitudine cu secvenţialitatea

proceselor de fabricaţie (comparativ cu alte metode utilizabile – în special matematice - în

cazul verificării certe a stărilor pe care le poate atinge sistemul).

După verificarea funcţionalităţii sau a stărilor sub-proceselor, forma verificată poate fi

transferată la nivelul funcţionalităţii serviciilor.

Metodologia de expunere a sistemului sub forma unor sub-procese, ale căror stări pot fi

verificabile, iar apoi implementate la nivelul serviciilor, are o abordare top-down şi este

compusă din şase faze secvenţiale în care trebuie definite pe rând (fig. 4.13):

1. Descrierea sistemului de fabricaţie: întreg sistemul de fabricaţie trebuie să fie descris

formal şi totodată definit obiectivul acestuia. Subcomponentele sistemului de

fabricaţie sunt identificate şi sunt supuse aceleaşi analize ca şi a întregului sistem de

fabricaţie.

2. Nevoile fiecărui modul: subcomponentele sistemului identificate la faza anterioară

sunt analizate (de ex.: utilizând o diagramă UML caz de utilizare) pentru

determinarea nevoilor specifice. La finalul acestei faze, un set de funcţionalităţi

(unităţi funcţionale) trebuie să fie vizibile pentru fiecare subcomponente.

3. Construcţia unităţilor funcţionale pentru fiecare subcomponentă: în această fază

întreaga funcţionalitate necesară fiecărei subcomponente este determinată. Astfel,

toate unităţile funcţionale sunt definite. Acest lucru poate fi făcut sistematic prin

intermediul schemei flux Petri (eng. Petri Flow Schema - PFS) sau reţele Petri [114]

[33] [97]. PFS pot fi utilizate pentru construcţia modelului concept pentru fiecare

unitate. Aceasta poate fi ulterior transferată într-o activitate PFS. Aceasta este la

rândul ei rafinată până ajunge la detaliul necesar pentru a asigura o funcţionare

corespunzătoare a reţelelor Petri. Construcţia reţelelor Petri poate utiliza abordarea

tranziţie fuziune utilizată în [30]. Prin intermediul construcţiilor reţelelor Petri este

posibilă verificarea şi testată analiza funcţională.

4. Verificarea şi analiza modelului compus din unităţile funcţionale: în acest caz pot fi

utilizate analize formale ale reţelelor Petri combinate cu tehnici de simulare pentru

testarea modelelor pentru stabilitate, stări neprevăzute interzise ale sistemului etc.

5. Încapsularea funcţionalităţii în componente (servicii) : după validarea unităţilor

funcţionale acestea sunt cuprinse în diverse componente în funcţie de diferite

aspecte urmărite (cum ar fi o similaritate mai mare cu reprezentarea hardware a

sistemului sau o vizibilitate sau o comprehensibilitate mai bună a întregului proces).

6. Validarea în cadrul sistemului real de fabricaţie: componentele iau forma unor

module software iar codurile corespunzătoare sunt scrise în unităţile de comandă. În

funcţie de modul de comportare al liniei procesul metodologic poate fi reiterat

pentru a soluţiona eventuale probleme identificate în timpul validării pe sistemul real

de fabricaţie.



Fig. 4.13 Abordare metodologică pentru validarea şi delimitarea sub-componentelor şi sub-proceselor pentru

expunerea unui sistem de fabricaţie sub forma unei succesiuni de servicii

Concepţia şi realizarea prototipului arhitecturii 30


5 Concepţia şi realizarea prototipului arhitecturii

În acest capitol vom detalia implementarea arhitecturii de bază (arhitectura

funcţionalităţilor) utilizând tehnologiile actuale din sfera simulării fluxului de materiale şi din

cea a unităţilor de comandă (PLC).

5.2 Conceptul arhitectural implementat în prototip

Fig. 5.3 Conceptul arhitectural implementat în prototip

Arhitectura de simulare propusă, în forma sa generală (fig. 5.3), utilizează cele două

concepte: arhitectura funcţionalităţilor şi serviciile ScF şi ScA, ce sunt implementate la nivelul

celor trei actori - orchestratorul, simularea şi linia reală (unitatea de comandă).

Primul patrulater de la nivelul conceptului (fig. 5.3) (reprezentat sub forma linie-punct)

reprezintă discretizarea procesului în sub-procese „atomice” (ce execută o anumită

funcţionalitate din întreg procesul) şi transferul descrierii funcţionalităţii lor (înainte/înapoi)

sub un anumit formalism ce permite verificarea acestora (pentru a evita posibilitatea de a se

genera stări nedorite ale sub-sistemelor ce formează întregul proces de fabricaţie). După

validarea stărilor pe care le poate descrie întreg sistemul (compus acum din sub-procese) are

loc încapsularea funcționalității la nivelul serviciilor. Prin orchestrarea succesiunii serviciilor

(ScF şi ScA) lor se oferă posibilitatea de comandare atât a simulării cât şi a sistemului real de

fabricaţie.

Implementarea din cadrul prototipului reduce conceptul arhitecturii la numai doi actori:

simularea şi linia reală (PLC-ul ce comandă sistemul de fabricaţie). După cum se observă şi



din figura 5.3, la nivelul prototipului ales pentru validarea arhitecturii, în cadrul mediului de

simulare are loc subdiviziunea proceselor, orchestrarea şi modelul de simulare. Evident,

arhitectura conceptuală descrisă în partea superioară a imaginii poate lua forma unei

implementări mult mai complexe sub forma celei prezentate în figura 7.1 sau 7.2. Astfel,

arhitectura conceptuală rămâne aceiaşi iar implementare poate varia în funcţie de gradul

mai scăzut sau mai avansat al tehnologiilor care sunt disponibile. Limitările tehnice actuale

au impus la implementarea exemplificată în figura 5.3.

Prototipul implementării arhitecturii de bază (arhitectura funcţionalităţilor) utilizează o serie

de simplificări formei generale şi anume:

- Orchestrarea se va face în simulare împreună cu modelul simulat (în Plant Simulation

9). Aceasta va coordona acţiunile unităţii de comandă (PLC) corespunzătore liniei

reale de fabricaţie.;

- Verificarea sub-proceselor sub un formalism ce se pretează validării nu va avea loc

datorită numărului redus de sub-procese ce compun funcționalitatea sistemului de

fabricaţie propus de primul prototip de implementare a arhitecturii de simulare;

- Serviciile, care sub forma generală teoretică, luau forma ScF şi ScA, sunt înlocuite prin

intermediul obiectelor de la nivelul simulării (aspectul funcţionalităţii) iar apelarea

serviciilor este înlocuită de simpla apelare a funcţiilor (permisibile de specificaţia

OPC) dintre simulare şi unitatea de comandă a sistemului de fabricaţie (aspectul de

inter-conexiunii în cazul ScF). Programarea serviciilor ScF şi ScA, nu este vizată de teza

de doctorat, iar elaborarea la nivel software a acestora este una foarte amplă (o

perioadă estimată în cadrul SmartFactoryKL la aprox. 2 ani / 20 programatori de la

elaborarea conceptului teoretic) şi depășește perioada şi capabilităţile programului

doctoral. O altă limitare o reprezintă inexistenţa implementării unei interfeţe OPC UA

la nivelul soluţiilor software de simulare (chiar şi la nivelul PLC sunt puţine

implementate) pentru a putea migra mai multe date între cei doi actori şi nu numai

schimbarea unor stări din simulare;

- Unitatea de comandă a liniei reale va implica un PLC S7-300 aparţinând celor de la

SIEMENS utilizat pe scară largă în industrie şi cercetare;

- Mediul de simulare – Plant Simulation 9 - va rula pe un sistem de operare Windows

XP, pentru a beneficia de capabilităţile OPC de interacţiune dintre aplicaţii bazată pe

tehnologia (D)COM.



5.3 Implementarea conceptului arhitectural de bază

5.3.1 Descrierea sistemului de fabricaţie Mobile Module

Fig. 5.4 Mobile Module la prezentarea CeBIT 2009 [58]

Fig. 5.5 Modelul CAD al Mobile Module [80]

Sistemul de fabricaţie pe care a fost implementată arhitectura funcţionalităţilor este

denumit „Mobile Module” din cadrul SmartFactoryKL (Kaiserslautern) unde noile şi viitoarele

tehnologiile sunt cercetate.

Fig. 5.8 Procesul de încărcare [59]

Funcţionalitatea sistemului este de încărca pastile în dozele (situate pe un transportor) (fig.

5.7) care se deplasează pe un sistem de transport - un conveier al firmei GRASSLIN (înalt de

aprox. 1m având o formă dreptunghiulară compusă din patru benzi drepte). Numărul de

pastile ce trebuie încărcate sunt citite de pe o etichetă RFID (eng. radio-frequency

identification – identificare prin unde radio), ce este lipită pe cutiile pentru pastile, prin

intermediul transponder-ului de citire. După ce o cutie este încărcată cu pastile, acest lucru



este scris pe eticheta RFID de către cel de-al doilea transponder, cel de scriere. Procesul de

încărcare al pastilelor este realizat prin intermediul unui disc de dozare ce dispune de spaţii

special prevăzute (accesul pastilelor se face de pe suprafaţa circulară a discului) pentru a

prelua numai o câte o pastilă în fiecare spaţiu.

Fig. 5.9 Procesul de încărcare [59]

Fig. 5.10 Construcţia dozatorului [59]

Fig. 5.12 Descrierea procesului ce se desfăşoară pe sistemul de fabricaţie Mobile Module



Pastilele care cad din discul de dozare în spaţiul de stocare al pastilelor pentru pre-încărcare

(eng. buffer) sunt numărate prin intermediul unei bariere luminoase ataşate structurii sursei

(fig. 5.8, 5.10).

Accesul la spaţiul de stocare al pastilelor pentru pre-încărcare este disponibil numai dacă o

cutie pentru pastile este prezentă pe container în poziţia de încărcare (fig. 5.8). Prezenţa

cutiei ce trebuie încărcată cu pastile este detectată prin intermediul unui senzor ultrasonic.

Prezenţa containerului (referit în lucrare şi ca transportor) pe care se află cutia pentru pastile

este detectată prin intermediul senzorilor inductivi ce activează sau dezactivează opritorii

(eng. stopper) de la nivelul conveierului. Banda pe care se află containerele se deplasează în

continuu. În zona de încărcare poate fi doar un singur container, toate celelalte trebuie să

aştepte în afara zonei de încărcare cu pastile. Toţi opritorii şi spaţiile de pre-încărcare sunt

acţionate pneumatic (Festo).

Descrierea întregului proces executat de sistemul Mobile Module este descris în figura 5.12.

5.3.2 Descrierea software-ului utilizat pentru orchestrare şi simulare

Simularea cu evenimente discrete este o ramura a metodologiei simulării larg răspândită în

industrie pentru analiza sistemelor de fabricaţie. Plant Simulation 9 face parte din pachetul

software Siemens PLM (Product Lifecycle Management – Managementul Ciclului de viaţă a

Produsului) şi permite efectuarea de simulări care ajută la crearea unor modele digitale a

sistemelor de logistică (de exemplu, procesul de fabricaţie), astfel încât să poată fi explorate

caracteristicile sistemului şi optimizarea performanţelor acestuia. Aceste modele digitale

permit realizarea de experimente şi de scenarii „dar dacă?”, fără a perturba sistemele de

fabricaţie existente sau cu mult timp înainte ca acestea să fie instalate (atunci când este

folosit la planificarea procesului). Diferite funcţii de analiză, ca cele de „gâtuiri”, realizarea

statisticilor sau a graficelor, permit evaluarea unor diferite scenarii de fabricaţie. Rezultatele

furnizează informaţiile necesare pentru a lua decizii rapide şi sigure în etapele incipiente ale

producţiei. Prin utilizarea software-ului Plant Simulation, se pot modela şi simula sisteme de

producţie şi procesele acestora. În plus, se poate optimiza fluxul de materiale, utilizarea

resurselor şi logistica pentru toate nivelurile de planificare ale fabricii, de la instalaţii de

producţie globale, prin intermediul fabricilor locale, până la linii de producţie specifice [144].

5.3.3 Principalele aspecte ale implementării arhitecturii de simulare

Modelul de simularea din Plant Simulation include atât orchestrarea cât şi modelul de

simulare a modulului Mobile Module din cadrul SmartFactoryKL (cu un grad redus de detaliu

sunt modelate modulele Siemens şi SAP prezente la CeBIT prin intermediul frame-rilor

Siemes şi SAP). Separarea lor (orchestrării şi a modelului de simulare) se realizează prin

construcţia a două frame-uri distincte; unul corespunzător orchestrării proceselor „globale”

– ce redă funcţionalitatea globală - iar, cel de-al doilea, ce conţine aspectele de

comportament „local/intern” al fiecărui obiect important– ce redă funcţionalitatea internă.



Implementarea conceptului arhitectural de bază (arhitectura funcţionalităţilor) prin modelul

de simulare realizat în Plant Simulation (fig. 5.13) va urmări atingerea obiectivelor

directoare corespunzătoare SOA - independență şi interoperabilitate între entităţi. Astfel,

construcţia modelului de simulare urmărește realizarea unor entităţi independente ,

interoperabile iar succesiunea proceselor să fie realizată prin intermediul orchestrării.

Schimbul de date dintre simulare şi unitatea de control este implementată la nivelul

orchestrării prin invocarea funcţiilor prin intermediul interfeţei OPC.

Orchestrarea modelului simulat se face prin logica implementată în frame-ul Logik –

obiectele conţinute în frame-ul Logik - (evident şi de motorul orientat pe evenimente al

pachetului software Plant Simulation). Frame-ul Logik reprezintă liantul dintre obiectele din

modelul de simulare – reprezentat de obiectele din frame-ul SF_mobile_module – ce

realizează logica la nivel „global” a întregului sistem. Logica de nivel „local/intern” este

realizată în principal de obiectele conţinute în frame-urile: RFIDtagREader, Pillsource,

pillalimentation, RFIDtagWriter împreună cu obiectul Line şi unităţile mobile

(aluminiumcontainer, pill_container, pillbox, pill). Implementarea de la nivelul prototipului

este prezentată şi grafic în figura 5.13.

Orchestrarea vizează în principal logica interacţiunilor ce au loc în procesul de încărcare (fig.

5.9). Metodele ce reprezintă logica de interacţionare dintre obiectele situate în modelul de

simulare (SF_mobile_module) sunt declanșate în mare parte de senzorii aflaţi la nivelul

obiectului Line (ex.: metodele sensor2, sensor4, sensor7 etc.). Pe lângă aceste metode în

cadrul orchestrării avem localizate şi variabilele globale. Acestea joacă un rol important în

interacţiunea dintre obiectele de la nivelul modelului de simulare, dar, extrem de importante

sunt acele variabilele globale care declanşează şi schimbarea stărilor unităţii de comandă în

corelaţie cu evenimentele din simulare (ex.: Linear_Schieber, k, c etc).

Fig. 5.13 Implementarea arhitecturii funcţionalităţilor prin intermediul prototipului

Concluzii finale. Principalele contribuţii ale lucrării 36


6 Concluzii finale. Principalele contribuţii ale lucrării

6.1 Concluzii finale

Concluziile finale ale cercetărilor pot fi sintetizate astfel:

- aplicabilitatea conceptului de Fabrică Digitală la nivel industrial este una pe scară

largă; beneficiile implementării complete a conceptului duc la eficientizarea

procesului de fabricaţie prin transferul facil din simulare către sistemele reale de

fabricaţie a scenariilor optime de fabricaţie;

- actualmente implementarea conceptului de Fabrică Digitală se află într-o fază

incipientă de implementare, caracterizată de lipsa integrării tuturor instrumentelor

de simulare din portofolii (ex.: Delmia sau Siemens PLM) dar şi lipsa integrării cu

sistemele reale de fabricaţie, iar interacţiunea dintre aplicaţiile de la nivelul simulării

cu cele de la nivelul unităţii de comandă a sistemului real de fabricație se face prin

intermediul specificaţiei OPC clasice.

- îmbunătăţirea implementării conceptului de Fabrică Digitală se poate realiza odată cu

integrarea la nivelul aplicaţiilor de simulare şi comandă a specificaţiei standardizate

OPC UA – standardul IEC 62541; totodată, timpul de transpunere scenariului optim

din simulare la nivelul configuraţiei sistemului real se reduce semnificativ prin

utilizarea unităţilor de comandă distribuite (IEC 61499);

- specificaţia OPC UA dovedeşte versatilitate la nivelul transportului, prin cele două

protocoale de transport (unul bazat pe Web Service celălalt bazat pe un protocol TCP

optimizat) dar şi la nivelul modelării informaţiei, prin intermediul meta-modelării.

Deşi este are o viteză mai redusă decât a specificaţiei clasice OPC, acest dezavantaj

poate fi surmontat datorită posibilităţii de coexistentă cu aceasta;

- OPC UA încă nu a fost implementat (în cel mai bun caz parţial) la nivelul aplicaţiilor de

simulare. Specificaţia OPC „clasică” este soluţia încă adoptată de cei mai importanţi

producători ai pachetelor de Fabrică Digitală (Delmia, Siemes PLM etc.);

- aplicarea arhitecturilor orientate pe servicii (eng. SOA)- ce presupune realizarea de

module independente şi interoperabile (ex.: cadrul SIRENA), concept provenit din

industria IT, la nivelul de automatizare, pentru flexibilitatea şi reducerea complexităţii

în cazul scenariilor de reconfigurare, utilizând ca modalitate de implementare în

principal tehnologiile bazate pe Web (ex.: WS, DPWS, UPnP), câștigă tot mai mult

teren în sfera ştiinţifică şi industrială.

- încapsularea la nivelul serviciilor, nu numai a aspectelor de funcţionare şi comandă a

dispozitivelor dar şi corelarea şi augmentarea acestora cu aspectele relevante pentru

simulare, reprezintă propunerea tezei pentru conceptul de Serviciu centrat pe

Fabricaţie – ScF;

- în perspectiva atingerii obiectivelor SIRENA, de a aplica SOA până la limita inferioară

a piramidei de automatizare (unitate logică până în planul senzorilor şi actuatorilor)

Serviciul centrat pe Automatizare – ScA- reprezintă o formă „compactă” a ScF pentru



a putea fi găzdui de aceste viitoare dispozitive şi de a asigura funcţionarea sistemului

de fabricaţie;

- se propune o nouă arhitectură de simulare, ce are la bază arhitectura

„funcţionalităţilor” – ce presupune diviziunea întregului proces de fabricaţie în unităţi

„atomice” funcţie de limitările tehnologice şi de proces, folosirea serviciilor ScF şi ScA

pentru „descrierea” la nivelul de simulare şi comandă a acestora, iar comanda

întregului proces să se facă orchestrând succesiunea de apelare a serviciilor. Astfel, în

viziunea tezei, îmbunătăţirea implementării conceptului de Fabrică Digitală respectiv

integrarea sa cu sistemele de fabricaţie poate fi atinsă.

- pentru implementarea arhitecturii de simulare, un prim prototip este dezvoltat, ce

incorporează conceptele de bază ale noii arhitecturi de simulare, utilizând

tehnologiile actuale din sfera de simulare (Plant Simulation 9), middleware (OPC) şi

de comandă (PLC Siemens S7-300). El demonstrează, încă o dată, limitările

abordărilor curente din sfera simulării.

- modelarea sistemelor de fabricaţie prin intermediul modelării matematice nu este o

soluţie viabilă datorită complexităţii modelării, scalabilităţii reduse, intractabilităţii (în

condiţiile actuale determinate de algoritmi de soluționare a problemelor de

combinatorică) şi a timpului necesar modelării; este recomandabilă aplicarea

metodelor matematice în zone „înguste” unde sunt determinate prin alte metode

gâtuiri ale proceselor de fabricaţie;

- ca soluţie optimă acceptată de industrie pentru modelarea sistemelor de fabricaţie

este simularea cu evenimente discrete alături de o metodă de modelare derivată din

cea orientată pe obiect.

6.2 Contribuţii originale

Prin teza de faţă s-au adus o serie de contribuţii originale în ceea ce priveşte implementarea

conceptului de Fabrică Digitală în sistemele reale de producţie, contribuţii publicate de autor

sau în curs de publicare ([54], [77], [78], [79], [80], [81]), în ţară sau străinătate, după cum

urmează:

Din punct de vedere teoretic:

- s-au sintetizat sub forma unui studiu bibliografic, majoritatea rezultatelor ştiinţifice

şi tehnice publicate cu această temă;

- s-a efectuat o analiză cu privire la scenariile în care simularea poate fi utilizată

independent, împreună şi separat de sistemul de fabricaţie. Două situaţii majore au

rezultat ce au recomandat dezvoltarea serviciilor ScF şi ScA.

- s-a formulat necesitatea de augmentare a implementărilor actuale SOA (aplicate la

nivelul de automatizare) cu elemente specifice simulării. Forma augmentată a

serviciilor, este prezentată la nivel teoretic sub forma Serviciilor centrate pe

Fabricaţie - ScF;



- în ipoteza dezvoltării viitoare a senzorilor şi actuatorilor cu capacităţi

computaţionale reduse s-a formulat la nivel teoretic, nevoia conceptul şi beneficiile

Serviciului centrat pe Automatizare , serviciu care încapsulează aspectele necesare

funcţionării normale a sistemului de fabricaţie;

- s-au prezentat premisele tehnologice pentru sprijinirea implementării ScF şi ScA -

AutomationML şi cadrul SIRENA;

- s-a formulat conceptul teoretic „arhitectura funcţionalităţilor” pentru discretizarea

întregului proces de fabricaţie, funcţie de aspectele tehnologice şi de proces, în sub-

procese „atomice”;

- s-a prezentat o posibilă metodologie pentru subdiviziunea întregului proces în sub-

procese „atomice” şi verificarea stărilor sistemului în urma recompuneri sub-

proceselor atomice;

- s-a elaborat o nouă arhitectură de simulare şi fabricaţie ce încorporează conceptele

de arhitectura funcționalităților, ScF şi ScA, ce permite, în primul rând, atât

construcţia şi coordonarea atât a simulării cât şi a sistemul real de fabricaţie, dar şi

verificarea stărilor posibile în momentul compunerii funcţionalităţii globale a

sistemului din unităţile „atomice”.

Din punct de vedere experimental:

- s-a creat un prim prototip al arhitecturii de simulare. Astfel, la nivelul simulării s-a

realizat orchestrarea şi modelul de simulare (în Plant Simulation 9), iar sistemul real

de fabricaţie s-a comandat de la nivelul simulării prin intermediul interfeţei OPC;

- s-a demonstrat o posibilă modalitate de a implementa controlul mai multor actuatori

ai sistemului real prin intermediul OPC de la nivelul simulării (corelaţia logică

simulare – logică PLC sau adăugarea unor intrări digitale suplimentare în PLC);

- s-a construit în Catia v5 modelul liniei reale pentru ca animaţia simulării în modul 3D

să fie mai apropiată de realitate;

- s-a elaborat o sintetică documentaţie vis a vis de paşii ce trebuie urmăriţi pentru

realizarea configurației server-ului OPC cât şi de verificare a acestei configuraţii;

- s-a efectuat un test de utilizabilitate cu privire la interfața OPC din Plant Simulation 9,

în cadrul SmartFactoryKL, şi au fost propuse soluţii de îmbunătăţirea acestui pachet

software.

Direcţii de cercetare viitoare 39


7 Direcţii de cercetare viitoare

7. Primul pas de îmbunătăţire a implementării arhitecturii

Principala direcţie viitoare de cercetare vizează îmbunătăţirea implementării arhitecturii de

simulare şi fabricaţie, dar şi conceperea unei abordări de discretizare a proceselor, ce sprijină

reutilizarea sau standardizarea componentelor, este de asemenea vizată.

Un prim pas de îmbunătăţire a implementării arhitecturii de simulare (fig. 7.1) îl reprezintă

orchestrarea din afara simulării (acelaşi gazdă/ altă gazdă accesabilă în cadrul reţelei

locale/Internet). O posibilă variantă ce vine în sprijinul ipotezei de lucru este de transfera

descrierea succesiunii proceselor „atomice” sub forma unor reţele Petri. Astfel stările

posibile ale sistemului sunt verificabile dar, şi mai important, orchestrarea se va realiza de

motorul bazat pe reţele Petri (ex. Matlab) din afara simulării. Conectarea dintre orchestrare,

simulare şi PLC se va face tot prin intermediul OPC (tehnologie deja implementată pe scară

largă) – nu putem discuta încă din această fază de o migraţie a datelor relevate de proces

(OPC UA nu va fi probabil disponibil la data implementării).

Un al doilea mare pas îl reprezintă încapsularea aspectelor teoretice ScF şi ScA sub forma

unor implementări software concrete. Viziunea din momentul de faţă este de a utiliza

tehnologia DPWS, cea mai promițătoare tehnologie bazată pe Web pentru comandarea

proceselor, şi, de a o integra în primă fază cu formatul de date neutru AutomationML. Astfel,

atât funcţionarea cât şi migraţia între simulare şi unitatea de comandă poate avea loc.

Interacțiunea la nivelul aplicaţiilor, dintre orchestrare, simulare şi unitatea de comandă a

procesului real va implica cel mai probabil OPC UA, datorită nivelului de informaţii ce trebuie

schimbate, nivel ce depășește capabilităţile specificației „clasice” OPC .

Direcţii de cercetare viitoare 40


Ultima etapă este reprezentată de integrarea celor doi paşi anteriori: orchestrare din afara

simulării şi schimbul de date (relevante pentru proces şi/sau simulare) între simulare şi

unitatea de comandă prin intermediul orchestratorului utilizând ca infrastructura de

comunicaţie reţeaua de Internet (fig. 7.2). Astfel, hardware-ul implementat într-o formă

evoluată tehnologic a conceptului arhitectural de bază poate cuprinde pe viitor un PLC

conform IEC 61499 sau o abordare cu microcontrolere (fig. 4.11), orchestrarea succesiunii

serviciilor va fi realizată de către un motor având la bază reţele Petri iar simularea modelului

orchestrat să fie Delmia sau Tecnomatix ca în figura 7.2. Ca infrastructură de comunicaţie se

poate utiliza şi Internetul.

7. Implementarea viitoare a arhitecturii de bază utilizând noile tehnologii ce vor fi disponibile

Obiectivul final ar lua forma aplicării arhitecturii până la nivelul senzorilor şi actuatorilor (în

contextul înglobării capacităților computaţionale în aceștia) astfel încât corelaţia logică -

reprezentare fizică a dispozitivelor va putea fi realizată unu la unu. Nivelul de abstractizare

atins, în ipoteza acestui scenariul viitor, poate fi considerat , cu ușurință ,ca fiind unul unitar

atât la nivelul simulării cât şi din prisma automatizării.

Cercetări cu privire la o abordare de discretizare a proceselor de fabricaţie, vor fi de

asemenea studiate, pentru a se determina posibilităţile sau mijloacele pentru recunoaşterea,

reutilizarea sau standardizarea anumitor sub-procese „atomice” respectiv servicii.

Bibliografie 41

Ing. Dipl. Bogdan Pîrvu

Bibliografie

1. Ajmone Marsan, M., Balbo, G., Bobio, A., Chiola, G., Conte, G., & Cumani, A. (1985). On Petri nets

with stochastic timing. Int. Workshop on Timed Petri Nets, Torino.

2. Aldinger, L., Rönnecke, T., Hummel, V., & Westkämper, E. (2006). Advanced Industrial Engineering.

Industrie Management , 22, 59-62.

3. Ari, R.-A. (2009). Raport cercetare: Plant Simulation modeling of the Continuous Process Part of the

SmartFactoryKL Demonstration plant. Universitatea Tehnică Kaiserslautern, Kaiserslautern.

4. Banks, J., Carson, J., & Nelson, B. (1996). Discrete-Event Simulation. Upper Saddle River, NJ: Prentice

Hall.

5. Blanco, P., Poli, M., & Barretto, M. (2003). OPC and CORBA in manufacturing execution systems: a

review. Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). 2, pp. 50-57. Lisbon: IEEE.

6. Bley, H., & Franke, C. (2001). Integration von Produkt- und Produktionsmodell mit Hilfe der Digitalen

Fabrik. Werkstattstechnik online , 91, 214-220.

7. Bohn, H., Bobek, A., & Golatowski, F. (2006). SIRENA - Service Infrastructure for Real-time Embedded

Networked Devices: A service oriented framework for different domains. International Conference

on Networking, International Conference on Systems and International Conference on Mobile

Communications and Learning Technologies (pp. 43-48). Tahiti – Moorea: IEEE.

8. Bondrea, I. (1998). Modelarea şi simularea proceselor de producţie. Sibiu: Edituta Universităţii din

Sibiu.

9. Bratley, P., Fox, B., & Schrage, L. (1987). A Guide to Simulation. New York: Springer.

10. Budszuhn, F. (2008). Visual C++ Windows-Programmierung mit den MFC (Vol. 5). München,

Germany: Addison Wesley.

11. Bullinger, H.-J., Spath, D., Warnecke, H.-J., & Westkämper, E. (2009). Handbuch

Unternehmensorganisation - Strategien, Planung, Umsetzung. Berlin Heidelberg: Springer.

12. Busenberg, S., Forte, B., & Kuiken, H. K. (1991). Mathematical Modelling of Industrial Processes.

Berlin: Springer.

13. Cachapa, D., Colombo, A., Feike, M., & Bepperling, A. (2007). An Approach for Integrating Real and

Virtual Production Automation Devices Applying the Service-oriented Architecture Paradigm. 12th

IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (pp. 309-314). Patras: IEEE.

14. Cao, X., & Ho, Y. (1990). Models of discrete event dynamic systems. IEEE Control Systems Magazine ,

10, 69–75.

15. Cassandras, C., Lafortune, S., & Olsder, G. (1995). Introduction to the modelling,control and

optimization of discrete event systems. (A. Isidori, Ed.) Springer.

16. Cohen, G., Gaubert, S., & Quadrat, J. (. (2001). Max-plus algebra in Scilab and applications.

Workshop, Pekin.

17. Dashchenko, A. I. (2006). Reconfigurable manufacturing systems and transformable factories. Berlin

Heidelberg: Springer.

18. Desrochers, A., & Al-Jaar, R. (1993). Petri Nets for Automated Manufacturing Systems: Modeling,

Control and Performance Analysis. Troy, New York: Rensselaer Polytechnic Institute.

19. Dombrowski, U., Tiedemann, H., & Bothe, T. (2001). Visionen für die Digitale Fabrik. Zeitschrift für

wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZwF) , 96, pp. 96-115.

20. Drath, R. (2010). Datenaustausch in der Anlagenplanung mit AutomationML (1 ed.). Berlin,

Heidelberg, Germany: Springer.

21. Drath, R., Luder, A., Peschke, J., & Hundt, L. (2008). AutomationML - the glue for seamless

automation engineering. 13th International Conference on Emerging Technologies and Factory

Automation (ETFA) (pp. 616-623). Hamburg: IEEE.

Bibliografie 42


22. Erl, T. (2010). Service-Oriented Architecture (SOA): Concepts, Technology, and Design (10th ed.).

Upper Saddle River, New Jersey, United States of America: Prentice Hall.

23. Fahrwinkel, U. (1995). Methode zur Modellierung und Analyse von Geschäftsprozessen zur

Unterstützung des Business Process Reengineering. Paderborn : Universität Paderborn .

24. Ferstl, O. K., & Sinz, E. (1993). Grundlagen der Wirtschaftsinformatik. Oldenbourg, München, Wien.

25. Frank, E. (2009, 01). Verteilte Steuerungen nach IEC 61499.

26. Freedman, P. (1991). Time, Petri nets, and robotics. IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND

AUTOMATION , 7 (4), 417-433.

27. Garcia Melo, J., Souit, S., Santos Filho, D., Junqueira, F., & Miyagi, P. (2010). A systematical approach

to expose manufacturing system as a service. 9th IEEE/IAS International Conference on Industry

Applications (pp. 1-6). Sao Paulo: IEEE.

28. Garro, O. M. (1993). Towards New Architecture of Machine Tools. International Journal of Production

Research , 31, 2403-2414.

29. Gausemeier, J., & Stollt, G. (2006). Eine Systematik zur Gestaltung der Produktion von morgen.

Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZwF) , 28-34.

30. Gomes, L., & Barros, J. (2005). Structuring and composability issues in Petri nets modeling. IEEE

Transactions on Industrial Informatics , 1 (2), 112-123.

31. Hagge, N., & Wagner, B. (2005, Mai). A New Function Block Modeling Language Based on Petri Nets

for Automatic Code Generation. IEEE Trans. on Industrial Informatics , 1 (4), pp. 226-237.

32. Hanisch, H.-M., Hirsch, M., Missal, D., Preuße, S., & Gerber, C. (2009). One Decade of IEC 61499

Modelling and Verification - Results and Open Issues. In N. Bakhtadze, & A. Dolgui (Ed.), 13th IFAC

Symposium on INFORMATION CONTROL PROBLEMS IN MANUFACTURING, (pp. 211-216). Moscow.

33. Hasegawa, K., Takahashi, K., & Miyagi, P. (1988). Application of the Mark Flow Graph to represent

discrete event production systems and system control. Transactions of the Society of Instrument and

Control Engineers , 24 (1), 67-75.

34. Ibrahim, N. (2009). Orthogonal Classification of Middleware Technologies. Third International

Conference on Mobile Ubiquitous Computing, Systems, Services and Technologies (pp. 46-51). Sliema:

IEEE.

35. Ionescu, R. (2007, Decembrie). Universitatea Transilvania din Brasov. Preluat pe Februarie 10, 2010,

de pe http://cciu.unitbv.ro/files/RETELE DE COMUNICATII DATE - subset.pdf

36. Jammes, F. (2011). Real time device level Service-Oriented Architectures. IEEE International

Symposium on Industrial Electronics (ISIE) (pp. 1722-1726). Gdansk: IEEE.

37. Jammes, F., & Smit, H. (2005). Service-oriented architectures for devices - the SIRENA view. 3rd IEEE

International Conference on Industrial Informatics (INDIN) (pp. 140-147). Perth: IEEE.

38. Jammes, F., & Smit, H. (2005, February). Service-Oriented Paradigms in Industrial Automation. IEEE

TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS , 1 (1), pp. 62-70.

39. Jammes, F., Smit, H., Lastra, J., & Delamer, I. (2005). Orchestration of service-oriented manufacturing

processes. 10th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). 1, pp.

617-624. Catania: IEEE.

40. Janson, F., & Zetterquist, M. (2000). CORBA vs. DCOM. Master’s Thesis in Computer Science, The

Royal Institute of Technology Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.

41. Kelton, W. S., & Sadowski, D. (2002). Simulation with Arena – 2nd ed.,. McGraw Hill Companies.

42. Kirkham, T., Savio, D., Smit, H., Harrison, R., Monfared, R., & Phaithoonbuathong, P. (2008). SOA

MIDDLEWARE AND AUTOMATION: Services, Applications and Architectures. 6th IEEE International

Conference on Industrial Informatics (pp. 86-91). Daejeon: IEEE.

43. Koren, Y. (1983). Computer Control of Manufacturing Systems. New York: McGraw Hill.

44. Koren, Y. (2010). The Global Manufacturing Revolution: Product-Process-Business Integration and

Reconfigurable Systems. New Jersey: John Wiley&Sons.

Bibliografie 43


45. Koren, Y., Jovane, F., Heisel, U., Moriwaki, T., Pritschow, G., Ulsoy, A., et al. (1999). Reconfigurable

Manufacturing Systems (Also a Keynote paper presented at the General Assembly). Annals of the

CIRP, 48, pp. 6-12.

46. Krause, F.-L. (2001). Digitale Fabrik. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZwF) , 96, 84.

47. Kühn, W. (2006). Digitale Fabrik - Fabriksimulation für Produktionsplaner. München Viena: Cart

Hanser Verlag.

48. Langemann, T. (1999). Modellierung als Kernfunktion einer systemorientierten Analyse und

Bewertung der diskreten Produktion. Paderborn: HNI-Verlagsschriftenreihe.

49. Leitao, P., Mendes, J., & Colombo, A. (2009). Smooth migration from the Virtual design to the real

manufacturing control. 7th International Conference on Industrial Informatics (pp. 539-544). Cardiff:

IEEE.

50. Leurs, L. (2009). Hilfsblätter zur Vorlesung - Industrielle Steuerungstechnik . Kaiserslautern: Bosch

Rexroth.

51. Levi, S., & Agrawala, A. (1990). Real Time System Design. McGraw–Hill.

52. Lewis, F., Huang, H., Pastravanu, O., & Gürel, A. (1995). Control systems design for flexible

manufacturing systems. În A. Raouf, & M. Ben-Daya, Flexible Manufacturing Systems: Recent

Developments (pg. 253-290). Elsevier Science.

53. Lewis, R. (2001). Modelling control systems using IEC 61499: applying function blocks to distributed

systems. London, UK: The Institution of Electrical Engineers.

54. Loskyll, M., Schlick, J., Hodek, S., Ollinger, L., Gerber, T., Pîrvu, B. (2011). Semantic Service Discovery

and Orchestration for Manufacturing Processes. 16th IEEE International Conference on Emerging

Technologies and Factory Automation (pp. 1-8). Toulouse: IEEE.

55. Description of manufacturing processes using

AutomationML. IEEE 15th Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) (pp.

1-8). Bilbao: IEEE.

56. Mahnke, W., Leitner, S., & Damm, M. (2009). OPC Unified Architecture. Berlin Heidelberg: Springer -

Verlag.

57. Marco, M., Leitao, P., Colombo, A., & Restivo, F. (2008). Service-Oriented Control Architecture for

Reconfigurable Production Systems. IEEE International Conference on Industrial Informatics (pp. 744-

749). Daejeon: IEEE.

58. Marin, R. (2009). Raport cercetare: Simularea în "Plant Simulation" a modulului mobil

smartFactoryKL şi realizarea unei conexiuni printr-un server OPC. Universitatea Tehnică

Kaiserslautern, Kaiserslautern.

59. Meierer, N. (2011). Konzeption und Programmierung einer PC basierten Steuerung von

industrieüblichen Feldgeräten am Beispiel eines Stückgut-Abfüllprozess. Studienarbeit, Technische

Universität Kaiserslautern, Kaiserslautern.

60. Meyer, B. (1998). Objektorientierte Software-Entwicklung. München: Hanser.

61. Mortensen, K. (2003). http://www.informatik.uni-hamburg.de/TGI/PetriNets/. Retrieved August 30,

2010, from Uni-Hamburg: http://www.informatik.uni-hamburg.de/TGI/PetriNets/

62. Müller, S., Carnevale, M., & Zäh, M. F. (2003). Roadmap zur Virtuellen Produktion. In M. F. Zäh, & G.

Reinhart, Virtuelle Produktion – Nutzenpotenziale im Lebenszyklus der Fabrik (pp. 1-1 -1-21).

München: Utz.

63. Nissanke, N. (1997). Real Time Systems. New Jersey: Prentice Hall.

64. Norman, R. J. (1998, May). CORBA and DCOM: Side by Side. Retrieved March 25, 2011, from San

Diego State University: http://www-rohan.sdsu.edu/faculty/rnorman/papers/corba-dcom.pdf

65. Ohmer, M. (2011). Einsatz von UPnP und DPWS in einer serviceorientierten Produktionsanlage.

Studienarbeit, University of Kaiserslautern, Kaiserslautern.

Bibliografie 44


66. Ollinger, L., Schlick, J., & Hodek, S. (2011). Leveraging the Agility of Manufacturing Chains by

Combining Process-Oriented Production Planning and Service-Oriented Manufacturing Automation.

Proceedings of the 18th IFAC World Congress (to appear). Milano.

67. Paolucci, M., & Sacile, R. (2005). Agent-based manufacturing and control systems : new agile

manufacturing solutions for achieving peak performance. Boca Raton, Florida: CRC PRESS.

68. Park, K.-J., & Lee, Y.-H. (2004). An On-line Simulation Approach to Search Efficient Values of Decision

Variables in Stochastic Systems. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ,

25, 1232-1240.

69. Park, Y., Kirkham, T., Phaithoonbuathong, P., & Harrison, R. (2009). Implementing agile and

collaborative automation using Web Service orchestration. IEEE International Symposium on

Industrial Electronics (pp. 86-91). Seoul: IEEE.

70. Parunak, H. D., Savit, R., & Riolo, R. L. (2008). Agent-Based Modeling vs. Equation-Based Modeling: A

Case Study and Users' Guide. Proceedings of Multi-agent systems and Agent-based Simulation (pp. 1-

16). Paris: Springer.

71. Păstrăvanu, O., Matcovschi, M., & Mahulea, C. (2002). Aplicaţii ale reţelelor Petri în studierea

sistemelor cu evenimente discrete. Iaşi: Editura „GH. ASACHI”.

72. Peterson, J. (1981). Petri Net Theory and the Modeling of Systems. Prentice–Hall.

73. Petri, C. (1962). Kommunikation mit Automaten. Technical Report, Institut für Instrumentelle

Mathematik, Bonn.

74. Pfeifer, T., & Schmitt, R. (2006). Autonome Produktionzellen - Komplexe Produktionsprozesse flexibel

automatisieren. Berlin Heidelberg: Springer.

75. Pîrvu, B. (2009). Integration weiterer SPS Code Variablen bspw. Lampe, Stopper und

Näherungsinitiatoren. Studienarbeit, Technische Universität Kaiserslautern, Kaiserslautern.

76. Pîrvu, B. (2011). Modelarea sistemelor de producţie. Raport Ştiinţific, Facultatea de Inginerie

"Hermann Oberth", Sibiu.

77. Pîrvu, B., & Bondrea, I. (2011). Motivation behind a new Approach that links that links Manufacturing

Simulation with future controllers. International Conference on Mechanical Engineering and

Technology (ICMET 2011) (p. urmeaza a fi publicat). Londra: ASME Press.

78. Pîrvu, B., & Bondrea, I. (2011). Prerequisites for developing a new simulation and manufacturing

architecture. BULETINUL I.P.Iasi - Machine Manufacturing Series, LVII (LXI) (4), 203-211.

79. Pîrvu, B., Bondrea, I., & Marin, R. (2011). DIGITAL FACTORY: JUST ANOTHER CONCEPT OR A FUTURE

INDUSTRIAL REALITY? The 15th International Conference Modern Technologies, Quality and

Innovation (Modtech), II, pp. 865-869. Chişinău.

80. Pîrvu, B., Bondrea, I., Simion, C., & Marin, R. (2010). Modeling and Control of an Automated Module

using Discrete Event Simulation and Object-Based Modeling. (P. Berce, Ed.) Academic Journal of

Manufacturing Engineering , 8 (2), 63-69.Timişoara

81. Pîrvu, B., Schlick, J., & Bondrea, I. (2011). Middleware Comparison: CORBA, COM / DCOM and OPC

UA Regarding Procces Orientation. The 5 th International Conference on Manufacturing Science and

Education – MSE 2011, (pp. 137-140). Sibiu.

82. Pritschow, G. (1997). Trendwende in der Steuerungstechnik. Konferenz zur "Trendwende in der

Steuerungstechnik". Hannover: Deutsche Messe AG.

83. Pritschow, G., Wurst, K.-H., Kircher, C., & Seyfarth, M. (2009). Control of Reconfigurable Machine

Tools. În H. A. ElMaraghy, Changeable and Reconfigurable Manufacturing Systems (pg. 78-79).

London: Springer.

84. Pritschow, G., Wurst, K.-H., Seyfarth, M., & Bürger, T. (2003). Requirements for Controllers in

Reconfigurable Machining Systems. CIRP 2nd International Conference on Reconfigurable

Manufacturing. Ann Arbor.

Bibliografie 45


85. Ramamoorthy, C., & Ho, G. (1980). Performance evaluation of asynchronous concurrent systems

using Petri nets. IEEE Trans. on Software Eng. , 6 (5), pg. 440-449.

86. Reinhart, G., Grunwald, S., & Rick, F. (1999). Virtuelle Produktion – Technologie für die Zukunft. VDI-Z

Special C-Techniken , 26-29.

87. Schleipen, M., & Drath, R. (2009). Three-view-concept for modeling process or manufacturing plants

with AutomationML . 14th IEEE Conference on Emerging Technologies & Factory Automation ( ETFA )

, (pp. 1-4). Mallorca.

88. Schleipen, M., Sauer, O., Friess, N., Braun, L., & Shakerian, K. (2009). Production Monitoring and

Control Systems within the Digital Factory. In G. Q. Huang, K. Mak, & P. G. Maropoulos (Ed.),

Proceedings of the 6th CIRP-Sponsored International Conference on Digital Enterprise Technology

(pp. 711-724). Hong Kong: Springer.

89. Schlögl, W. (2007). The way to the intelligent factory. Fachkongress Digitale Fabrik. München:

Siemens Ag.

90. Schraft, R. D. (2003). Von der Vision zur Realität durch die Digitale Fabrik. Zeitschrift für

wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZwF) , 98, p. 269.

91. Schuh, G., Klocke, F., Straube, A. M., Ripp, S., & Hollreiser, J. (2002). Integration als Grundlage der

digitalen Fabrikplanung. VDI-Z , 144, 48-51.

92. Schuh, G., Millarg, K., & Göransson, A. (1998). Virtuelle Fabrik – Neue Marktchancen durch

dynamische Netzwerke. München: Hanser.

93. Seemann, J., & Wolff von Gudenberg, J. (2006). Software-Entwurf mit UML 2. Berlin: Springer.

94. Seiffert, U., & Rainer, G. (2008). Virtuelle Produktentstehung für Fahrzeug und Antrieb im Kfz.

Wiesbaden: Vieweg+Teubner.

95. Suh, S.-H., Kang, S.-K., Chung, D.-H., & Stroud, I. (2008). Theory and Design of CNC. London: Springer.

96. Sunder, C., Zoitl, A., Christensen, J., Vyatkin, V., Brennan, R., Valentini, A., et al. (2006). Usability and

Interoperability of IEC 61499 based distributed automation systems. In IEEE (Ed.), 2006 IEEE

International Conference on Industrial Informatics, (pp. 31-37). Singapore.

97. Takahashi, K., Hasegawa, K., & Miyagi, P. (1999). Hierarchical programming of sequential control

systems by mark flow graph. 7th IEEE International Conference on Emerging Technologies and

Factory Automation. 2, pp. 1297-1305. Barcelona: IEEE.

98. Tata, P., & Vyatkin, V. (2009). Proposing a novel IEC61499 Runtime Framework implementing the

Cyclic Execution Semantics. In IEEE (Ed.), Industrial Informatics, 2009. INDIN 2009. 7th IEEE

International Conference, (pp. 416 - 421). Cardiff.

99. Thompson, D., & Watkins, D. (1997). Comparisons between CORBA and DCOM: architectures for

distributed computing. Technology of Object-Oriented Languages. Tool 24, pp. 278-283. Beijing :

IEEE.

100. Thramboulidis, K. (2005). IEC 61499 in Factory Automation. International Conference on Industrial

Electronics, Technology & Automation (CISSE-IETA 05), (pp. 1-9).

101. Vyatkin, V. (2007). IEC 61499 Function Blocks for Embeddedd and Distributed Control Systems Design

(1 ed.). Research Triangle Park, North Carolina, USA: ISA.

102. Vyatkin, V., & Chouinard, J. (2008). On comparisons of the ISaGRAF implemtation of IEC 61499 with

FBDK and other implementations. 6th IEEE International Conference on Industrial Informatics (pp.

289-294). Dajeon: IEEE.

103. Waßmann, R. M. (2010). Herstellerneutrale Kommunikation in Industrieprozessen mittels OPC Unified

Architecture am Beispiel der SmartFactoryKL. University of Kaiserslautern, Kaiserslautern.

104. Westkämper, E., & Zahn, E. (2009). Wandlungsfähige Produktionsunternehmen - Das Stuttgarter

Unternehmensmodell. Berlin Heidelberg: Springer.

105. Westkämper, E., Bierschenk, S., & Kuhlmann, T. (2003). Digitale Fabrik – nur was für die Großen?

Werkstattstechnik online , 93, 22-26.

Bibliografie 46


106. Wiendahl, H.-P. (2002). Auf dem Weg zur „Digitalen Fabrik“. Werkstattstechnik online , 92, 121.

107. Wiendahl, H.-P., & Heger, C. (2001). The transformable Factory - Strategies, Methods and Examples.

1st International Conference on Agile, Reconfigurable Manufacturing. Ann Arbor.

108. Wirfs-Brock, R., Wilkerson, B., & Wiener, L. (1990). Designing Object Oriented Software. Englewood

Cliffs: Prentice-Hall.

109. Wollert, J. F. (2009). Vorlesung Bussysteme in der Automatisierungstechnik. Kaiserslautern.

110. Yamalidou, E., Patsidou, E., & Kantor, J. (1990). Modeling discrete-event dynamical systems for

chemical process control – A survey of several new techniques. Computers & Chemical Engineering ,

14 (3), 281-299.

111. Zäh, M. F., & Müller, S. (2004). Referenzmodelle für die Virtuelle Produktion. Industrie , 20, 52-55.

112. Zäh, M. F., Schack, R., & Munzert, U. (2005). Digitale Fabrik im Gesamtkontext. 2. internationaler

Fachkongress Digitale Fabrik in der Automobilindustrie. Ludwigsburg.

113. Zäh, M., Fusch, T., & Patron, C. (2003). Die Digitale Fabrik - Definition und Handlungsfelder.

Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb , 75-77.

114. Zhang, J., Chang, C., Chung, J.-Y., & Kim, S. (2004). WS-Net: A Petri-net Based Specification Model for

Web Services. IEEE International Conference on Web Services (pp. 420 - 427). San Diego: IEEE.

115. Zhou, M. a. (1992). Petri Net Synthesis for Discrete Event Control of Manufacturing Systems. Boston:

Kluwer.

116. Zühlke, D. (2009). Systementwurf und -modellierung. Kaiserslautern: pak.

117. Zühlke, D. (2010). Towards a Factory of Things. Annual Reviews in Control , 34 (1), 129-138.

118. Zühlke, D. (2009). Vorlesung Werkzeugmaschinen II - Steuerungstechnik. Kaiserslautern: pak.

119. Zurawski, R., & Zhou, M. (1994). Petri nets and industrial applications: A tutorial. IEEE Trans. on Ind.

Electronics , 41 (6), 567-583.

120. ***4DIAC. (2008, Septembrie). Preluat de pe Framework for Distributed Industrial Automation and

Control: http://www.fordiac.org/27.0.html

121. ***Bosch Rexroth AG. (2009). Bosch Rexroth AG. Preluat pe Decembrie 5, 2009, de pe Bosch Rexroth

AG: www.boschrexroth.com

122. ***Brockschmidt, K. (1996, Mai). Preluat pe Aprilie 4, 2011, de pe MSDN:

http://www.microsoft.com/msj/archive/S2EC.aspx

123. ***CORBA/IIOP 2.3.1 Specification. (1999, Octombire 7). Preluat pe Martie 26, 2010, de pe OMG:

http://www.omg.org/cgi-bin/doc?formal/99-10-07

124. ***CORFU. (2011, Aprilie). Preluat de pe CORFU Engineering Group:

http://seg.ee.upatras.gr/corfu/dev/publications.htm

125. ***HOLOBLOC. (2011, Martie). Preluat de pe HOLOBLOC Resources for the New Generation of

Automation and Control: http://www.holobloc.com/doc/fbdk/index.htm

126. ***IEC 61499 Device Model. (2008, Aprilie). Preluat de pe ISaGRAF:

http://www.isagraf.com/get/IEC61499_device_model.pdf

127. ***International Electrotechnical Comimission. (2006, Aprilie). DIN EN 61499-4 Function blocks - Part

4 Rules for compliance profiles. International Standard . Geneva.

128. ***International Electrotechnical Comission. (2005, Ianuarie). DIN EN 61499-1 Function blocks -

Part1 Architecture. Geneva.

129. ***International Electrotechnical Comission. (2008, Mai). IEC 62424: Representation of process

control engineering - Requests in P&I diagrams and data exchange between P&ID tools and PCE-CAE

tools.

130. ***ISA 95. (2010). Preluat pe Iunie 15, 2011, de pe ISA-95.com: http://www.isa-

95.com/subpages/technology/technology.php

131. ***ISaGRAF. (2008, Aprilie). Preluat de pe IsaGRAF:

http://www.isagraf.com/pages/products/iec61499technotes/IEC61499_resource_model.pdf

Bibliografie 47


132. ***ISaGRAF. (2011, Iunie). Preluat de pe ISaGRAF: http://www.isagraf.com/index.htm

133. ***International Organization for Standardization, (2009, Decembrie). ISO 6983: Automation

systems and integration -- Numerical control of machines -- Program format and definitions of

address words.

134. ***International Organization for Standardization, (2008, Martie). ISO 14649: Industrial automation

systems and integration -- Physical device control -- Data model for computerized numerical

controllers.

135. ***Lefter, C. (2002, Iulie). Preluat pe Aprilie 4, 2011, de pe e-mail REPORT:

http://er.adrianmoisei.com/ccplusplus/COM-DCOM-ATL.html

136. ***MathWorks. (2003). StateFlow User’s Guide. Preluat pe August 31, 2010, de pe

http://www.mathworks.com/products/stateflow/

137. ***Microsoft. (1997, September 3). Preluat pe Martie 26, 2011, de pe DCOM and CORBA Side by

Side,Step by Step, and Layer by Layer: http://research.microsoft.com/en-

us/um/people/ymwang/papers/html/dcomncorba/s.html

138. ***Object Management Group. (1997). UML Specification 1.1. Preluat pe August 27, 2010, de pe

http://www.omg.org/: Object Management Group

139. ***OOONEIDA. (2011). Preluat pe Mai 3, 2011, de pe OOONEIDA: http://www.oooneida.org/

140. ***OPC Foundation. (2011, Ianuarie). Preluat pe Martie 28, 2011, de pe OPC Foundation:

http://www.opcfoundation.org/Default.aspx/01_about/01_whatis.asp?MID=AboutOPC

141. ***OPC Foundation. (2011). Retrieved Mai 1, 2011, from OPC Foundation:

http://www.opcfoundation.org/Products/ProductDetails.aspx?CM=1&RI=412&CU=7

142. ***OSACA. (1996, Mai). osaca.org. Preluat pe Februarie 2, 2010, de pe

http://www.osaca.org/_pdf/isw4emo.pdf

143. ***Rosen, M. (2008, April). Orchestration or Choreography? Preluat pe May 02, 2011, de pe

BPTrends: http://www.bptrends.com/publicationfiles/04-08-COL-BPMandSOA-

OrchestrationorChoreography-%200804-Rosen%20v01%20_MR_final.doc.pdf

144. ***Siemens. (2008). Siemens PLM Software. Preluat pe Iulie 10, 2010, de pe

http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/tecnomatix/plant_design/plant_simulati

on.shtml

145. ***SIRENA-ITEA. (2003). Preluat pe Iunie 16, 2011, de pe ITEA SIRENA project: http://www.sirena-

itea.org/

146. ***SOCRADES. (2009, Octombrie). Preluat pe Iulie 23, 2011, de pe SOCRADES:

http://www.socrades.eu/Home/default.html

147. ***Softing. (2010). Preluat pe Mai 3, 2011, de pe Softing:

http://www.softing.com/home/en/index.php?navid=0

148. ***Softing. (2011). Preluat pe Aprilie 5, 2011, de pe Softing:

http://www.softing.com/home/en/industrial-automation/products/opc/dcom/index.php

149. ***Swain, J. (2009, 12 30). Simulation Software Survey. Preluat pe 01 10, 2010, de pe Lionheart

Publishing: http://www.lionhrtpub.com/orms/surveys/Simulation/Simulation.html

150. ***Tecnomatix Plant Simulation. (2008, Iunie 13). Training Plantsimulation8.1. Sibiu, Romania.

151. ***VDI. (2008). Digitale Fabrik Grundlagen - Blatt 1. VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE. Düsseldorf:

VDI.

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA“ DIN SIBIU FACULTATEA DE...

Documents

Transcript of UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA“ DIN SIBIU FACULTATEA DE...