Selbstorganisierende kooperative Produktionszelle auf Basis eines Multi-Agenten-Systems in der Schweißtechnik
Final Report Abstract
Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war es, entsprechende technologische Grundlagen zu entwickeln, die vor allem der Modernisierung von Automatisierungs- und Steuerungskonzepten für die schweißtechnische Fertigung dienen sollen. Im Mittelpunkt der Arbeiten stand die konzeptionelle Entwicklung einer Schweißroboterzelle, die auf einer agentenbasierten Systemarchitektur aufbaut, drahtlose Sensoragenten mit Prozesssteuerungsagenten und Produktionsagenten integriert und durch eine koordinierte Interaktion der Teilsysteme die gemeinsame Produktionsaufgabe zu lösen vermag. Anhand von ausgewählten Schweißaufgaben aus dem Stahlbau wurde gezeigt, wie sich Fertigungsaufgaben durch Zerlegung in Elementaroperationen aus CAD-Datensätzen in eine rein prozessorientierte Aufgabenbeschreibung mit neutralem Beschreibungsformat überführen lassen und nachfolgend zur Steuerung von Robotersystemen für das Heftschweißen und Ausschweißen genutzt werden können. Die Interaktion der beteiligten Komponenten erfolgt durch Dienstleistungen (Services), die z.B. von Robotern und Sensoren angeboten und von ProduktAgenten (zu fügende Bauteile) zur Durchführung einer Schweißaufgabe abonniert werden. Das Agentenkonzept wurde zunächst für den Betrieb eines Portalroboter- und eines Schweißrobotersystems mit integriertem Nahtsuchsensor ausgelegt und in einer zweiten Entwicklungsstufe für die Kooperation von zwei bzw. mehreren Schweißrobotern erweitert. Dabei relevante Fragestellungen, die vor allem die Implementierung von Entscheidungsmechanismen zur Erteilung von Aufträgen an den einen oder anderen Schweißroboter betreffen, wurden mit Hilfe eines Kostenmodells gelöst. Zur Sicherung kollisionsfreier Arbeitsabläufe der Geräte in sich überlappenden Arbeitsräumen fand ferner ein virtuelles Weltmodell Anwendung. Es wurde von allen beteiligten Agenten genutzt, um geplante eigene Aktivitäten abzubilden und durch Abgleich mit Aktivitäten anderer Agenten eine Freigabe bzw. Sperrung der geplanten Aktivität zu erfragen. Auf diese Weise wurden Ressourcen vergeben, die einen kollisionsfreien Betrieb ermöglichten. In einem dritten Entwicklungsschwerpunkt beschäftigte sich das Vorhaben mit der Integration von drahtlosen Sensor-Netzwerken in das Automatisierungskonzept. Es wurde das ZigBee-Protokoll zur Interaktion und Kommunikation implementiert und am Beispiel von Sensorknoten zur Temperaturmessung am Bauteil erfolgreich erprobt. Die erarbeiteten Ergebnisse lassen sich teilweise direkt in der Praxis nutzen. Dieses betrifft das CAD-basierte Planen von Arbeitsaufgaben durch Zerlegung des Fertigungsprozesses in Elementaroperationen. Das Agentifizierungskonzept sowie das implementierte Sensornetzwerk stellen prototypische Lösungen dar, die in der vorliegenden Form ausschließlich für die Laboranwendung nutzbar sind, deren grundlegende Ansätze aber durch Optimierung und Vereinheitlichung auch Möglichkeiten für die praktische Anwendung eröffnen.
Publications
- „Mechatronics in Welding Automation“, Proceedings of the 1st International Symposium on Materials Joining and Related Technologies, XVI Congreso Nacional de Soldadura, Villahermosa /Mexico, 15-17 November 2006
Starke, G.
- “Non-Restrictive Linking in Wireless Sensor Networks for Industrial Risk Management”; Proceedings of the 4th Internat. ISCRAM Conference, Delft /The Netherlands, May 2007
D. Hahn
- ”Guidebook on Network Organisation”; Commission of the European Communities, IST-Directorate General, 2008
D. Hahn, S. Jirka
- „Drahtloses Sensornetzwerk für Überwachungsaufgaben“, Mechatronik 2008 - Workshop des Europäischen Centrums für Mechatronik, Aachen, 16. Mai 2008
M. Obdenbusch, D. Hahn
