Dynamisch adaptive Systemarchitektur zur Optimierung der Prozesssteuerung am Beispiel der Getreideernte

Transkript

1 Dynamisch adaptive Systemarchitektur zur Optimierung der Prozesssteuerung am Beispiel der Getreideernte Thilo Steckel (CLAAS) und Hans W. Griepentrog (Universität Hohenheim) VDI-MEG Kolloquium MÄHDRESCHER September 2013 in Stuttgart-Hohenheim

2 Agenda 1. Merkmale des landwirtschaftlichen Arbeitsumfeldes und resultierende Anforderungen 2. Komponenten zur Unterstützung dynamisch adaptiven Verhaltens in gering deterministischer Umgebung 3. Integration der Komponenten in eine Systemarchitektur 4. Erläuterung am Beispiel des Prozesses Getreideernte

3 Das landwirtschaftliche Arbeitsumfeld Anpassung des Verhaltens an schwer vorhersagbare Umgebungsbedingungen Biosystem Technologie Organisation

4 Leistungslücke Die Leistungslücke muss zur Verbesserung der Einsatzproduktivität verkleinert werden.! Maschine Prozess

5 Dimensionen im landwirtschaftlichen Prozess Komponenten müssen die Beziehungen zwischen den Dimensionen abbilden

6 Agenda 1. Merkmale des landwirtschaftlichen Arbeitsumfeldes und resultierende Anforderungen 2. Komponenten zur Unterstützung dynamisch adaptiven Verhaltens in gering deterministischer Umgebung 3. Integration der Komponenten in eine Systemarchitektur 4. Erläuterung am Beispiel des Prozesses Getreideernte

7 Komponenten Komponenten müssen ein angepasstes Verhalten an veränderliche Umgebungsbedingungen ermöglichen. Komponente Aufgabe K1 Prozess-/Leistungskonfigurator Konfiguration von Ressourcen auf Basis ihrer Merkmale und Fähigkeiten K2 Gruppenidentifikation Automatisierte Ermittlung der Beziehungen von Ressourcen im Prozess K3 Geoobjektmanagement Automatisierte Ermittlung räumlicher Beziehungen K4 Zeit-/Prozessschema Automatisierte Ermittlung von Ressourcenzuständen und ihrer Relevanz K5 Agent Abstrahierte Darstellung der handelnden Ressourcen Maschine K5 K 1 K 2 K 3 K 4 Sensoren Aktoren

8 Komponente 1: Leistungs-/Prozesskonfigurator Maschinen und Geräten müssen mit Merkmalen und Fähigkeiten strukturiert beschrieben werden

9 Komponente 2: Gruppenidentifikation Beziehungen zwischen mobilen Arbeitsmaschinen müssen automatisch ermittelt werden. 1. Ermittlung der eigenen Merkmale und Fähigkeiten (Process Indicator Check) 2. Suche passender Partner (Primary Indicator Check) 3. Aushandeln der Beziehung (Secondary Indicator Check)

10 Komponente 3: Geoobjektmanager Beziehung von Ressourcen zu Geoobjekten sind strukturiert zu beschreiben. Geoobjekte werden beschrieben durch: 1.Thema 2.Geometrie 3.Topologie [Ausschnitt] Quelle: Egenhofer

11 Komponente 4: Zeit-Prozess-Schema Prozesszuständen sind aus Maschinenzuständen zu erfassen. dann wenn (Schema für Mähdrescher mit Annahme: Überladen während Prozesszeit)) Mögliche Folgeprozesse: Auftraggeber ermitteln Auftrag starten Dieselverbrauch erfassen

12 Komponente 5: Agent Der Agent ist ein Muster für aktives, adaptives Verhalten von Menschen und Maschinen. Umwelt Feedback Aktion Aktoren Sensoren wahrn. Aktion Entscheidung Wahrnehmung Quelle: Wooldridge (verändert) Mensch Maschine Manuell Teleoperation Teilautonom Autonom (deterministisch) Autonom (reaktiv) Autonom (proaktiv) Quelle: Granot (verändert)

13 Komponente 5: Agent Eine mehrschichtige Informationsverarbeitung ermöglicht verschiedene Reaktionsmechanismen Informationsverarbeitung z.b. Aufträge disponieren z.b. Hindernissen ausweichen z.b. Automatisch Lenken Kognitive Regulierung Assoziative Regulierung Nicht kognitive Regulierung Mensch Aktorik Sensorik Umgebung Grundsystem Quellen: in Anlehnung an Strube und Frank

14 Agenda 1. Merkmale des landwirtschaftlichen Arbeitsumfeldes und resultierende Anforderungen 2. Komponenten zur Unterstützung dynamisch adaptiven Verhaltens in gering deterministischer Umgebung 3. Integration der Komponenten in eine Systemarchitektur 4. Erläuterung am Beispiel des Prozesses Getreideernte

15 Integration der Komponenten in eine Systemarchitektur Die Systemarchitektur ermöglicht adaptives Verhalten einzelner Systeme und des gesamten Prozesses

16 Agenda 1. Merkmale des landwirtschaftlichen Arbeitsumfeldes und resultierende Anforderungen 2. Komponenten zur Unterstützung dynamisch adaptiven Verhaltens in gering deterministischer Umgebung 3. Integration der Komponenten in eine Systemarchitektur 4. Erläuterung am Beispiel des Prozesses Getreideernte

17 Anwendungsfall: Prozess Getreideernte Zahlreiche Prozessparameter sind nur eingeschränkt bestimmbar/planbar Durchsatz Ertrag, Gutfeuchte Lagerkapazität Kapazität Entfernung Kraftstoffverbrauch Geschwindigkeit Befahrbarkeit Schlaggröße Befahrbarkeit Ressource, Fahrer Planbar Nicht planbar Ausführungszeitpunkt und Dauer Konkurrierende Auftragssituation

18 Anwendungsfall: Prozess Getreideernte Die Systemarchitektur vernetzt Prozesspartner und liefert entscheidungsrelevante Informationen. Steuerung Transportgeschwindigkeit Ermittlung Transportanteile Feldidentifikation Identifikation Masch.-zustand Überladesteuerung Steuerung der Einlagerungsleistung Ermittlung Zeit, Strecke, Kraftstoffverbrauch Konkurrierende Einsätze Analyse Produktivität Kooperation Identifikation Maschine Individuelles Verhalten Durchsatzorientierte Steuerung

19 Ansätze zur Verbesserung im Prozess Getreideernte Planung: Reduktion / Vermeidung formaler Planungsverfahren Beibehaltung informeller Arbeitsweise ohne die damit verbundenen Einschränkungen Steuerung: Verbesserte Prozesstransparenz Formalisierte Kooperation Aktuelle, quantitative Datenbasis Bewertung und Entscheidungsunterstützung Kooperationsbeziehungen für gezielte Kommunikation Realtime Agenten-basierte Simulation Offenlegung und Bewertung von Zielkonflikten Abbildung und Bewertung menschlicher Verhaltensmuster (Egoismus, Dominanz, Pareto) Simulationsbasierte Steuerung Systemtechnische Basis für autonomes Verhalten einzelner Maschinen und ganzer Prozesse Dokumentation: Nachträgliche Auftragsgenerierung (Nahezu) vollständig automatisierte Dokumentation aus Prozessdaten, Ereignissen und Beziehungen Fakturierung Kostenrechnung Schlagkartei