Methodische Ansätze für für die die agentenorientierte Softwareentwicklung im im Maschinen- und und Anlagenbau

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1 Methodiche Anätze für für die die agentenorientierte Softwareentwicklung im im Machinen- und und Anlagenbau Andrea Wannagat Fachgebiet Eingebettete e 1 ES Embedded

2 Gliederung Motiation für den Einatz on Agentenytemen in der Automatiierung Konzept für die Entwicklung eine Agentenytem zur Steigerung der Verlälichkeit Strukturierung Fehlerbetrachtung Berückichtigung on Randbedingungen Modell der Wienbai Aublick 2 Embedded

3 Motiation + Definition der Agenten Herauforderungen Eigenchaften on Multi-Agenten-en: bei der Entwicklung komplexer Automatiierungyteme Verteilte Zahlreiche und parallele offene Kontrolltrukturen und nebenläufige Teilprozee mit komplexen Autonomie Kompenation Wechelwirkungen on Aufällen zur Laufzeit Flexibilität Hoher Variable Verteilunggrad Strukturen, dynamiche der Rechneryteme Umgebung Interaktiität Dikrete Echtzeit und und Zuerläigkeit kontinuierliche Prozedynamik Harte Einatz Echtzeitbedingungen auf einer SPS Steigerung der Verfügbarkeit und Optimierung zur Laufzeit?? Quelle: Siempelkamp GmbH & Co. KG 3 Embedded

4 Definition eine Agenten und Herkunft der Anforderungen Anforderungen der Bereiche Technicher Proze Techniche Prozeautomatiierungytem phyikaliche Grenzen Grenz- Riiko unzuerläig zuerläig Arten der Anforderungen Zeit Zuerläigkeit Flexibilität geforderte Funktionalität Aktionraum Flexibilität Ein Agent it eine abgrenzbare Softwareeinheit mit einem definierten Ziel und einem orgegebenen Aktionraum, innerhalb deen der Agent handelt und Entcheidungen trifft. Ein Agent it fähig eine Umwelt zu erfaen und mit dieer zielgerichtet zu interagieren beziehungweie zu kommunizieren. nach G.Weiß und R.Jakob 4 ES Embedded

5 Methode für die Entwicklung on Agentenytemen Automatiierungtechnik Proze Techniche Automatiierungytem analye Softwaretechnik Modellbildung Fehlerbaumanalye Softwareagenten Gerichtete Graphen UML Embedded

6 Methode für die Entwicklung on Agenten Proze Tech. Architektur Strukturelle / logiche Ordnung de Randbedingungen Aufteilung nach Herkunft Zeit- und Riikoabchätzung Proze Tech. Strukturen Funktionen Einflu-- parameter Riiko Proze Fehlerchnitttellen Fehlerhafte Funktion Fehlerhalten Qualitatier Zuammenhang on Urache und Wirkung Fehlerbaum Baifehler Knoten Virtueller Knoten Qualität Modell de Automatiierungytem Funktionale Zuammenhänge der Senoren und Aktoren Graphen 6 Embedded

7 Beipiel I Sortiertrecke Vereinzler II 7 Band ES Vereinzler I Embedded

8 Struktur Funktion Architektur Anlage Stapel-Stempelanlage Werktücke bearbeiten Anlagenteil Sortiertrecke Sortieren Machine Sortiertation Autoßen zeitlich augedehnt mehrere nur lokale Baugruppen beteiligt Baugruppe Aktor/Senor Zylinder Aufahren zeitlich kurz Po_Senor1 Po_Senor2 Prop_Ventil Druck_Senor Kombination Aktor/Senor 8 ES Embedded

9 Architektur interne Blockdiagramm <<block>> Sortiertrecke Dient_Station : Dient Sort1 : Sortiertation Dient_zyl : Dient Vereinzler : Zylinder MeWert : boolean Endchalter_orne : Senor MeWert : boolean Endchalter_hinten : Senor Stellwert : boolean Ventil : Aktor Dient_Station : Dient Sort2 : Sortiertation Dient_zyl : Dient Vereinzler : Zylinder MeWert : boolean Endchalter_orne : Senor MeWert : boolean Endchalter_hinten : Senor Stellwert : boolean Ventil : Aktor Fetlegung on Dienten für jede Element MeWert : boolean Lichtchranke : Senor MeWert : boolean Lichtchranke : Senor MeWert : boolean Lichtchranke : Senor Interne Blockdiagramm au der SyML S1 S2 S3 d12 A2 d2 d3 d23 A2.L2 A2.L2 V 9 Embedded

10 Methode für die Entwicklung on Agenten Proze Tech. Architektur Strukturelle / logiche Ordnung de Randbedingungen Aufteilung nach Herkunft Zeit- und Riikoabchätzung Proze Tech. Strukturen Funktionen Einflu-- parameter Riiko Proze Fehlerchnitttellen Fehlerhafte Funktion Fehlerhalten Qualitatier Zuammenhang on Urache und Wirkung Fehlerbaum Baifehler Knoten Virtueller Knoten Qualität Modell de Automatiierungytem Funktionale Zuammenhänge der Senoren und Aktoren Graphen 10 Embedded

11 11 ES Fehlerbaum kombiniert mit der Elementtruktur Embedded

12 Schnitttellen zur Fehlerübermittlung «Schnitttelle» Betriebarten +Automatik() : bool +Handbetrieb () : bool +Au() : bool +Fehler () : bool Zylinder -Endlage _orne : Senor -Endlage _hinten : Senor -Ventil_orne : Aktor -Ventil_hinten : Aktor «Schnitttelle» Diente +aufahren () : bool +einfahren () : bool «Schnitttelle» OUT FK Senor +defekt() : bool Senor -Mewert : bool 2 «Schnitttelle» OUT FK Aktor +defekt() : bool Aktor -Mewert : bool «Schnitttelle» IN FK Zylinder +Endl_orne_defekt() : bool +Endl_hinten_defekt() : bool +Ventil_orne_defekt() : bool +Ventil_hinten_defekt() : bool 1 FK Zylinder «Schnitttelle» OUT FK Zylinder +fährt_nicht_au() : bool +fährt_nicht_ein() : bool 12 Embedded

13 Methode für die Entwicklung on Agenten Proze Tech. Architektur Strukturelle / logiche Ordnung de Randbedingungen Aufteilung nach Herkunft Zeit- und Riikoabchätzung Proze Tech. Strukturen Funktionen Einflu-- parameter Riiko Proze Fehlerchnitttellen Fehlerhafte Funktion Fehlerhalten Qualitatier Zuammenhang on Urache und Wirkung Fehlerbaum Baifehler Knoten Virtueller Knoten Qualität Modell de Automatiierungytem Funktionale Zuammenhänge der Senoren und Aktoren Graphen 13 Embedded

14 Wienbai Gerichteter Graph f(s2,t) f(s4,s5) f(s5,t) q Senor2 Q Q q Q Senor1 Senor5 f(s1,t) q q f(s3,t) f(s3,t) q f(s2,t) q Aktor1 Q Senor3 Q f(s4,s2) f(s1,s3,t) q Senor4 Q S i : realer Senorwert A i : realer Aktorwert (Vorgabe) Q: aktuelle Qualität de Wert q: Qualitäterlut durch die Berechnung t: Zeiterzug, der durch die Anordnung der Senoren, Signallaufzeiten oder aufgrund der Senor/Aktor Gechwindigkeit reultiert Si= f(sj,t): Funktion, um den Senorwert Si au Sj zu berechnen. Modellbaierte Erkennung on Fehlern und Berechnung on Eratzwerten 14 Embedded

15 Methode für die Entwicklung on Agenten Proze Tech. Architektur Strukturelle / logiche Ordnung de Randbedingungen Aufteilung nach Herkunft Zeit- und Riikoabchätzung Proze Tech. Strukturen Funktionen Einflu-- parameter Riiko Proze Fehlerchnitttellen Fehlerhafte Funktion Fehlerhalten Qualitatier Zuammenhang on Urache und Wirkung Fehlerbaum Baifehler Knoten Virtueller Knoten Qualität Modell de Automatiierungytem Funktionale Zuammenhänge der Senoren und Aktoren Graphen 15 Embedded

16 Sortiertrecke Vereinzler II Vereinzler I Band 16 Embedded

17 Wahrcheinlichkeit Toleranzbereich für Einatz Eratzenor Zeit LS1 LS2 LS3 100mm Fehler bzw. Abweichung Δ mm 100mm 3 50mm Strecke Δ ge = n. = Δ Δ Erf. Band Band + Δ Reakt. + Δ Poition optimal dkolben=10mm Strecke V Band Band, it Erf, it Reakt,it mm mm = 40 ± 1 = mm ± 0mm = Erkennungpegel Dicke de Lichttrahl ( 10m ± 2m) Band A/D Wandlung Bulaufzeit Zykluzeit SPS Abchätzung zur Laufzeit Kann da Autoßen icher gewährleitet werden? Aktuelle Schwankung der Gechwindigkeit einbeziehen (Prozedaten) Abhilfe: Band im Bereich de Kolben langamer betreiben. 17 Embedded

18 Toleranzbereich für Einatz Eratzenor LS3 d Kolben = 10mm Band Erf. Reakt. + Δ + Δ + Δ Band Erf. Reakt. mm mm = 40 ± 1 = 5mm ± 0mm = ( 10m ± 2m) Band, it 5mm Δ ge,max Maximal zuläige Abweichung: d Kolben Δge,max = Δ 2 ge 3 Abweichung im fehlerfreien Fall: Δ Δ ge ge ( = ( = Abweichung Senor3 defekt: 3 3 ) = Δ + 23 Erf. ΔBand + ΔtReakt. ( Band + ΔBand ) Δ Band Reakt ) = 5,08mm Δ Strecke = 1,33mm 18 Embedded

19 Verminderung der Bandgechwindigkeit in der Autoßzone LS3 Band Zone Band < < 3 Kolben Banddicke Kolben Banddicke Embedded Zone Kolben d Kolben = 10mm 5mm Δ ge,max Δ Zone ge > < Band Banddicke Kolben Δ_ge 1,3 5,03 1,67 [mm] Bandbreite Autoßzone 7,4-0,06 6,67 [mm/] _Kolben _Band_max 44,4-0,36 40 Band, it ( )/ 2 Rutche Zone Erf, it Reakt,it mm mm = 40 ± 1 = 5mm ± 0mm = ( 10m ± 2m) Band, it Anhalten de Bande reicht chon nicht mehr au. Soll da Band nicht in der Gechwindigkeit erringert werden, darf der Geamtfehler nicht überchreiten. Δ < 1,67mm 19

20 Toleranzbereich für Einatz Eratzenor P() [%] 95,5% LS3 d Kolben = 10mm 30% 95,2% 3 5mm Δ ge,max d Kolben Δge,max = Δ 2 ge Band, it Erf, it Reakt,it mm mm = 40 ± 1 = 5mm ± 0mm = Band [mm/] ( 10m ± 2m) Band, it Reduktion der Bandgechwindigkeit bi zum Stilltand: P( = 0) 95,2% Band Keine Reduktion der Bandgechwindigkeit: P( = 40mm / ) 36% Band Aktor1 Q f(s1,t) q Senor1 Q f(s3,t) q f(s2,t) q Senor3 Q Senor2 Q f(s3,t) q f(s4,s2) f(s4,s f(s1,s q 20 Embedded

21 Aufwand der Implementierung P() [%] 95,5% LS3 d Kolben = 10mm 30% 95,2% 3 5mm Δ ge,max d Kolben Δge,max = Δ 2 ge Band, it Erf, it Reakt,it mm mm = 40 ± 1 = 5mm ± 0mm = Band [mm/] ( 10m ± 2m) Band, it Vor der Laufzeit: Auftellung der Formeln und Bezüge Fetlegung der Fehlerinteralle Auftellung der Funktion der Aufallwahrcheinlichkeit Zur Laufzeit: Parametrierung der Funktionen Anpaung der Fehlerinteralle Berechnung der Aufallwahrcheinlichkeit 21 Embedded

22 Einatz im Agenten Aktuelle Aufallwahrcheinlichkeit und Leitung phyikaliche Grenzen icher Grenz- Riiko unicher geforderte Steigerung der Verfügbarkeit: Aufallwahrcheinlichkeit Grenzriko Verlälichkeit Leitung Maximierung der Leitung innerhalb de Grenzriko Maximal mögliche Leitung kann al Verhandlungbai mit anderen Agenten dienen Veränderung de Grenzriiko führt direkt zu einem angepaten Verhalten. Aktionraum Funktionalität Flexibilität 22 ES Embedded

23 Aublick Ealuation der Methode an erchiedenen komplexen Applikationen Arbeiten an einer hydraulichen Pree ind bereit begonnen Weiterentwicklung zu einer allgemeinen Vorgehenweie für den Entwurf on Agentenytemen Verfeinerung de Konzepte um Aufallwahrcheinlichkeit de Geamtytem zur Laufzeit berechnen zu können 23 Embedded