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Regelung ereignisdiskreter Multi-Agenten-Systeme am Beispiel flexibler Produktionsnetzwerke

Appel, Marcus Werner (2020):
Regelung ereignisdiskreter Multi-Agenten-Systeme am Beispiel flexibler Produktionsnetzwerke.
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt, DOI: 10.25534/tuprints-00009645,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Regelung ereignisdiskreter Multi-Agenten-Systeme am Beispiel flexibler Produktionsnetzwerke
Language: German
Abstract:

An der Herstellung komplexer Produkte ist eine Vielzahl von Produktionsmitteln beteiligt. Produktionsmaschinen, die über gemeinsam genutzte Ressourcen miteinander verkoppelt sind, bilden Produktionsnetzwerke. In flexiblen Produktionsnetzwerken kann die Produktionsgeschwindigkeit einzelner Maschinen gegen deren Ressourcenverbrauch abgewogen werden. Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung von Methoden zur systematischen Nutzung der Freiheitsgrade in flexiblen Produktionsnetzwerken. Diese lassen sich in die Klasse ereignisdiskreter Multi-Agenten-Systeme (MADES) einordnen und durch Petri-Netze auf kompositionellem Wege durch lose verkoppelte Systemmodelle beschreiben. Eine Zwei-Freiheitsgrade-Regelstrategie ermöglicht die getrennte Auslegung von Führungs- und Störverhalten. Für beide Einsatzzwecke werden unterschiedliche Systemmodelle verwendet. Für die diskrete Ressourcenallokation im Rahmen einer Trajektorienplanung kommen ereignisdiskrete Modelle zum Einsatz, während der Entwurf eines Störgrößenreglers an einem kontinuierlichen Zustandsraummodell erfolgt. Mit Branch-and-Price-Verfahren ist es möglich, die lose verkoppelte Systemstruktur im Rahmen einer verteilten Trajektorienplanung auszunutzen. Optimierungsfreie Regelkonzepte für ereignisdiskrete Systeme beschränken sich auf die Vermeidung verbotener Systemzustände. Für den Zwei-Freiheitsgrade-Entwurf wird jedoch ein Regler benötigt, der das System im Falle von Abweichungen aktiv zurück auf die Referenztrajektorie führt. Ein Entwurfsmodell kann durch partielle Fluidisierung aus der ereignisdiskreten Modellierung abgeleitet werden. Neben einer Demonstration des Gesamtregelsystems erfolgt die Sensitivitätsanalyse eines betriebswirtschaftlichen Kostenmaßes. Die Resultate ermöglichen eine Abschätzung, unter welchen Parameterkonfigurationen wirtschaftliche Vorteile durch die Abkehr vom vorherrschenden Produktionsparadigma maximaler Produktionsgeschwindigkeiten erzielbar sind.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The production of complex products involves a large number of production means. Production machines that are coupled by shared resources form production networks. In flexible production networks, the production speed of single machines can be traded off against their resource consumption. The goal of this thesis is the research of methods for systematic use of degrees of freedom in flexible production networks. The latter may be classified as multi-agent discrete event systems (MADES) that can be described as loosely coupled system models using Petri nets. A two degrees of freedom control strategy enables an independent design of the desired reference behavior and the feed-back controlled behavior. For both purposes, different system models are used. For discrete resource allocation within the frame of trajectory planning, discrete event models are used while a continuous state-space model enables the design of a disturbance controller. With branch and price algorithms, the loosely coupled system structure can be exploited in the context of distributed trajectory planning. Optimization-free control methods for discrete event systems are restricted to the avoidance of forbidden system states. However, for the two degrees of freedom approach a controller is needed which, in case of deviations, leads the system back to the reference trajectory. A model for controller design is derived by partial fluidization of the discrete event model. The demonstration of the overall control system is performed as well as the sensitivity analysis of an economic cost function. The results allow the evaluation of parameter configurations under which economic benefits may be obtained by rejecting the prevalent paradigm of maximum production speeds.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control Systems and Mechatronics
Date Deposited: 21 Jan 2020 14:07
Last Modified: 21 Jan 2020 14:07
DOI: 10.25534/tuprints-00009645
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-96456
Referees: Konigorski, Prof. Dr. Ulrich and Graichen, Prof. Dr. Knut
Refereed: 10 December 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/9645
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