Τετραήµερο Τεχνολογικής Σταύρος Κουµπιάς Πρύτανης Πανεπιστηµίου Πατρών
Περιφερειακή Τεχνολογική Πλατφόρµα Η Περιφερειακή Τεχνολογική Πλατφόρµα της Περιφέρειας υτικής Ελλάδος αποτελεί ένα εργαλείο για τη δηµιουργία της στρατηγικής ατζέντας έρευνας στην Περιφέρεια η οποία διαµορφώνεται µε βάση την κρίσιµη µάζα Ακαδηµαϊκών φορέων Ερευνητικών φορέων Επιχειρήσεων της Περιφέρειας υτικής Ελλάδος
Άξονες ΠΤΠ Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Βιοµηχανικός Έλεγχος Ενσωµατωµένα Συστήµατα Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστηµάτων και ικτύων
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Ο όρος κατανεµηµένα συστήµατα ελέγχου (DCS) αναφέρεται σε ένα σύστηµα ελέγχου που αποτελεί µέρος ενός συστήµατος µεταποίησης (manufacturing system), µιας διαδικασίας ή ενός άλλου δυναµικού συστήµατος, στο οποίο τα στοιχεία ελέγχου δεν είναι γεωγραφικά συγκεντρωµένα αλλά κατανεµηµένα µε τα επί µέρους υποσυστήµατα να ελέγχονται από έναν ή περισσότερους ελεγκτές. Το όλο σύστηµα ελεγκτών συνδέεται µέσω δικτύων.
Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Βήµατα Μετάβασης από Συγκεντωµένα σε Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου
Ιεραρχία DCS
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Αντικειµενοστραφείς (Object Oriented) (1) Unified Modelling Language UML Ορίζει ένα σύνολο διαγραµµάτων που δείχνουν τις συσχετίσεις µεταξύ των αντικειµένων ενός συστήµατος. Τα διαγράµµατά της οµαδοποιούνται σε δοµικά και συµπεριφορικά. οµικά διαγράµµατα αποτελούν τα διαγράµµατα κλάσεων, συνεργασιών, στοιχείων και ανάπτυξης. Τα συµπεριφορικά διαγράµµατα περιλαµβάνουν διαγράµµατα χρήσης (use case), ακολουθιακά, καταστάσεων και ενεργειών. Rational Unified Process RUP ίδει βασικές στρατηγικές σχεδίασης για την αντιµετώπιση κινδύνων κατά τη σχεδίαση προερχόµενων από την ύπαρξη σηµαντικής ετερογένειας, ακαθορίστων απαιτήσεων ή µεγάλης πολυπλοκότητος.
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Αντικειµενοστραφείς (Object Oriented) (2) Ευέλικτη (agile) ανάπτυξη Αντλεί της αρχές της από το «Manifesto of Agile Software Development». Παραδείγµατα τέτοιων µεθόδων αποτελούν οι extreme Programming (XP), SCRUM, Feature Driven Development (FDD) Dynamic System Development Method (DSDM) OMG Model Driven Architecture (MDA) Η OMG MDA αποσκοπεί στην εφαρµογή τεχνολογιών µοντελοποίησης προκειµένου να αντιµετωπιστούν µία σειρά θεµάτων, όπως η µεγάλη ετερογένεια πλατφορµών, ο πολλαπλασιασµός των συστατικών στοιχείων ενός συστήµατος, η πληθώρα περιβαλλόντων κατανεµηµένης υποδοµής, κλπ. Αναπτύσσεται ένα µοντέλο UML της εφαρµογής ανεξάρτητο πλατφόρµας (PIM) που µπορεί να χρησιµοποιηθεί από διαφορετικές ιδίου τύπου πλατφόρµες ανάπτυξης.
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Αντικειµενοστραφείς µεθοδολογίες µοντελοποίησης πραγµατικού χρόνου (1) ROOM Αντικειµενοστραφής µεθοδολογία για συστήµατα πραγµατικού χρόνου που αναπτύχθηκε αρχικά από την Bell-Northern Research Βασίζεται στην ιδέα της χρήσης του ιδίου µοντέλου σε όλες τις φάσεις της διαδικασίας ανάπτυξης Τα µοντέλα ROOM αποτελούνται από actors που επικοινωνούν µεταξύ τους µέσω πρωτοκόλλων Υπάρχει ιεραρχική σύνθεση των actors, καιοισυµπεριφορές τους περιγράφονται από διαγράµµατα ROOM OCTOPUS H Octopus/UML αποτελεί µία αντικειµενοστραφή µεθοδολογία ανάπτυξης λογισµικού ειδικευµένη σε ενσωµατωµένα συστήµατα πραγµατικού χρόνου, που έχει αναπτυχθεί και υποστηρίζεται από τη Nokia. Ο στόχος της µεθόδου είναι η δηµιουργία µοντέλων που επεξεργάζονται λεπτοµερειακώς θέµατα όπως: κλάσεις και αντικείµενα, δοµή, συµπεριφορά και σκοπό αυτών των αντικειµένων και κλάσσεων, δοµή και δυναµική των σχέσεων µεταξύ αντικειµένων, δοµικές συσχετίσεις µεταξύ κλάσεων και την οµαλή µετάβαση από αντικείµενα και κλάσεις σε έργα και διαδικασίες.
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Αντικειµενοστραφείς µεθοδολογίες µοντελοποίησης πραγµατικού χρόνου (2) ROPES Η ROPES έχει αρχικά αναπτυχθεί από την Bruce Powel Douglass και υποστηρίζεται από ένα πολύ ώριµο εργαλείοσχεδίασης: Rhapsody by I-Logix. Το εν λόγω σχεδιαστικό εργαλείο αφορά στην ικανοποίηση των προδιαγραφών τους. Αυτές περιλαµβάνουν λογικές απαιτήσεις (τι θα έπρεπε να κάνει), απαιτήσεις ανάπτυξης (πώς θα το κάνει) και απαιτήσεις λειτουργίας (πόσο γρήγορα πρέπει να το κάνει).
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Μεθοδολογίες ανάπτυξης κατανεµηµένων συστηµάτων ελέγχου (1) IEC 61499 Η IEC 61499 ορίζει την αρχιτεκτονική και το µοντέλο συναρτήσεων (Function Block - FB) για συστήµατα κατανεµηµένου ελέγχου. Ορίζει τα FB ως το βασικό δοµικό στοιχείο για τον ορισµό εφαρµογών µέσω ενός Function Block Diagram (FBD). Παρέχει πιο ισχυρούς µηχανισµούς από το πρότυπο IEC 61131-3 όσον αφορά σε θέµατα επικοινωνιών και θέµατα πραγµατικού χρόνου, που είναι σηµαντικά για βιοµηχανικά συστήµατα. ιάφορα επίπεδα αφαιρετικότητος υποστηρίζονται µέσω Σύνθετων FB, ενώ η XML αποτελεί την πρότυπη περιγραφή των FB. Ο αλγόριθµος εκτέλεσης ελέγχου του FB περιγράφεται από το Execution Control Chart (ECC), ενώ µπορείναεκτελείταισε ολοκληρωµένο κώδικα (π.χ. Java, C, κλπ).
IEC 61499
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Μεθοδολογίες ανάπτυξης κατανεµηµένων συστηµάτων ελέγχου (2) IDA Architecture Model Το IDA Application Model βασίζεται στην αρχιτεκτονική αναφοράς του IEC61499, µε στόχο την παραγωγή κανόνων για τη δηµιουργία µιας κοινής µορφής δεδοµένων για συστήµατα διαφορετικών κατασκευαστών. PROFInet Engineering Model Πρόταση του Profibus User Organization γιαναεπιτευχθείανοικτή κατανεµηµένη αυτοµατοποίηση. Υιοθετεί τα πρωτόκολλα Ethernet, TCP/IP, και DCOM. TORERO Οι λειτουργίες ελέγχου κατανέµονται σε στοιχειώδεις συσκευές που έχουν την κατάλληλη αρχιτεκτονική για να το υποστηρίξουν - TORERO Devices (TDs). ΗβασικήιδέατουTORERO αφορά στην κατανοµή του ελέγχου υψηλού επιπέδου και στην υλοποίηση ελέγχου χαµηλού επιπέδου.
Μεθοδολογίες Σχεδίασης DCS Μεθοδολογίες Πρακτόρων Λογισµικού (Agent) GAIA Η Gaia αποτελεί µεθοδολογία η οποία έχει σχεδιαστεί αποκλειστικά για την ανάλυση και σχεδίαση συστηµάτων βασισµένων σε πράκτορες λογισµικού. Κατανεµηµένα βιοµηχανικά συστήµατα µεγάλης κλίµακας, αυξηµένης πολυπλοκότητος και ετερογένειας, αποτελούντοπεδίοεφαρµογής της µεθοδολογίας. Η εφαρµογή της µεθοδολογίας θεωρεί τους πράκτορες λογισµικού καλά ορισµένα υπολογιστικά συστήµατα που κάνουν χρήση υπολογιστικών πόρων. Prometheus Ο Prometheus αποτελεί µία µεθοδολογία για την ανάπτυξη συστηµάτων ευφυών πρακτόρων. Ορίζει µία γλώσσα µοντελοποίησης που είναι γενική σε αρχιτεκτονικές και περιβάλλοντα ανάπτυξης πολυ-πρακτορικών συστηµάτων. FIPA AUML Η FIPA AUML αποτελεί µία ενοποιηµένη πρότυπη γλώσσα µοντελοποίησης για συστήµατα πρακτόρων.
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Κύκλος Ζωής Σχεδίαση Παραγωγή Υλοποίηση Λειτουργία Συντήρηση Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Ανακαθορισµός Θέση εκτός Λειτουργίας
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Συµπεριφορά εντός κατανεµηµένων συστηµάτων υνατότητες δικτύωσης και υπολογιστικές δυνατότητες για δυναµικό ανακαθορισµό / συντήρηση µε µειωµένο κόστος υνατότητες Plug-n-Play Ανακάλυψη µιας συσκευής Φόρτωση δεδοµένων Επικοινωνία µε το περιβάλλον της Εύκολη ολοκλήρωση συσκευών ιαδικτυακή επικοινωνία Τηλε-υπηρεσίες συντήρησης / ανακαθορισµού Τηλε-διαγνωστική Επικαιροποίηση λογισµικού
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Υλικό Ελέγχου Βιοµηχανικοί Υπολογιστές (IPC) Προγραµµατιζόµενοι Λογικοί Ελεγκτές (PLC) Μικροελεγκτές Αριθµητικοί Ελεγκτές (CNC) Ελεγκτές Κίνησης
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Βιοµηχανικοί Υπολογιστές (IPC) Ανεξαρτησία από προµηθευτές Προηγµένη διεπαφή ανθρώπου µηχανής (HMI) Έλεγχος (Soft-PLC) Τµηµατικότητα ιαδικτυακές δυνατότητες Λειτουργικά συστήµατα : σύγχρονα συστήµατα επεξεργασίας πραγµατικού χρόνου όπως VxWorks (Wind River Systems) και Linux RTAI εκτός από Windows (NT, XP, CE) και Linux.
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Προγραµµατιζόµενοι Λογικοί Ελεγκτές (PLC) ιασύνδεση µε αισθητές, ενεργοποιητές, µηχανές, ελεγκτές ταχύτητας και συστήµατα οδήγησης (drive) υνατότητα διασύνδεσής τους µε πακέτα HMI ικτύωση µέσω ειδικών πρωτοκόλλων Βασίζονται συχνά σε RISC και σχεδιάζονται ώστε να ικανοποιούν απαιτήσεις βιοµηχανικών περιβαλλόντων πραγµατικού χρόνου Εισαγωγή της γλώσσας Java και εκµετάλλευση των δυνατοτήτων της για στόχους αυτοµατοποίησης - JavaPLC βασισµένα στο Snap ήτοµικροεπεξεργαστή ajile Χρήση εικονικής µηχανής Java (JVM), ώστε να είναι δυνατή η απ ευθείας διερµηνεία κώδικα Java και η εγγύηση απαιτήσεων πραγµατικού χρόνου
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Μικροελεγκτές Υλικό ελέγχου τελευταίας γενιάς βασίζεται σε τεχνολογίες µικροεπεξεργαστών και την ιδέα των ενσωµατωµένων συστηµάτων, στα οποία τα µηχανικά, ηλεκτρικά και υπολογιστικά µέρη ολοκληρώνονται σε µία µόνο συσκευή µε δυνατότητες υλοποίησης µιαςσειράςαπό λειτουργικότητες για λογικό έλεγχο, διαγνωστικά, καθορισµό κλπ.
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός CNC Οι αριθµητικοί ελεγκτές (NC) αποτέλεσαν τους προγόνους των σηµερινών υπολογιστικών αριθµητικών ελεγκτών (CNC), µε στόχο τον έλεγχο των εργαλειοµηχανών και των διεργασιών εργαλείων για τις οποίες σχεδιάστηκαν. Μια CNC εργαλειοµηχανή αποτελεί το σερβοενεργοποιητή της τεχνολογίας CAD/CAM (Computer Assisted Design/Computer Assisted Manufacturing). Από ένα αρχείο CAD δηµιουργείται ένα σύνολο οδηγιών, το «πρόγραµµα» συνήθως σε ASCII κείµενο, το οποίο µεταφέρεται στη µνήµη τουcnc προς εκτέλεση.
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Ελεγκτές Κίνησης Το τυπικό έργο των ελεγκτών κίνησης είναι η συνεχής µετακίνηση προϊόντων και εξοπλισµού από σηµείο σε σηµείο στο βιοµηχανικό περιβάλλον. Οι ανάγκες επίτευξης της κίνησης µε ακρίβεια, ταχύτητα και συγχρονισµό, δηµιουργούν αυξηµένες απαιτήσεις αξιοπιστίας. Το υλικό των ελεγκτών κίνησης πρέπει να ολοκληρωθεί µε τα σερβο-συστήµατα που ελέγχουν, τους επιταχυντές, τους σερβοκινητήρες και τις συσκευές ανατροφοδότησης. Αν και η βασική εστίαση των ελεγκτών κίνησης είναι σε συσκευές θέσης, πρέπει επίσης να υπάρξει έλεγχος έναυσης παύσης και η υποστήριξη συσκευών ασφαλείας των χειριστών. Έτσι υιοθετούνται λύσεις που είναι δοκιµασµένες επιτυχώς σε PLC και αφορούν σε ολοκλήρωση εισόδων / εξόδων και υποστήριξη αρχιτεκτονικών ελέγχου. Οι λύσεις αυτές είναι κοινές ιδιαιτέρως για έλεγχο πολύπλοκων ροµποτικών κινήσεων.
Εξοπλισµός Πεδίου Ελεγκτικός Εξοπλισµός Προγραµµατισµός Προγραµµατισµός βάσει ιδιοκτησιακών γλωσσών Ορισµένα πρότυπα σηµαντικής αποδοχής Το πρότυπο IEC 61131 γνωρίζει σηµαντική αποδοχή ως κοινή γλώσσα προγραµµατισµού για PLC. Το πρότυπο IEC 61499 έχει αναδυθεί ως πρότυπο σηµαντικής αποδοχής κατά τα τελευταία έτη Οι γλώσσες C και Java θεωρούνται επίσης πιθανές γλώσσες προγραµµατισµού πεδίου από τους προµηθευτές PLC. Η χρήση γλωσσών προγραµµατισµού υψηλού επιπέδου στην αυτοµατοποίηση επίσης αυξάνεται λόγω της αύξησης χρήσης IPC. Όσον αφορά σε CNC το πρότυπο ISO9001 παρέχει µία γλώσσα µεγάλης αποδοχής.
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Αλληλεπιδράσεις DCS Η µετάβαση προς κατανεµηµένα συστήµατα ελέγχου δηµιουργεί αυξηµένων δυνατοτήτων βιοµηχανικές συσκευές µε δυνατότητες αλληλεπίδρασης µεταξύ τους και άλλα συστήµατα του βιοµηχανικού περιβάλλοντος
Ορισµένες Τάσεις Αλληλεπιδράσεις DCS Χρήση της IEC 61499 ως γλώσσας µοντελοποίησης των εφαρµογών ελέγχου
Αλληλεπιδράσεις DCS Ορισµένες Τάσεις Χρήση της υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής (Service Oriented Architecture SoA) για την επικοινωνία µεταξύ συστηµάτων του βιοµηχανικού περιβάλλοντος σεόλαταεπίπεδα Υποστήριξή της σε επίπεδο συσκευής (Device Profile for Web Services) Η ικανοποίηση απαιτήσεων πραγµατικού χρόνου αποτελεί ωστόσο ζητούµενο
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Συντήρηση DCS Σενάρια Συντήρησης Κεντρικοποιηµένες προσεγγίσεις: Η προσέγγιση TORERO Κεντρικό εργαλείο - TORERO Integrated Development Environment (TIDE) είναι δυνατό να παρέξει δυνατότητες επανακαθορισµού των βασικών συναρτήσεων των συσκευών αλλά και της εφαρµογής ελέγχου, αξιοποιώντας τις διαδικτυακά παρεχόµενες υπηρεσίες των προµηθευτών τους JNLP και Java Web Start Το JNLP αναπτύχθηκε από τη Sun (Java Specification Request (JSR)) µε τηjava Community Process (JCP) ως ένα ταχύς και εύκολος τρόπος να αναπτυχθούν και να αυτο-επικαιροποιηθούν thick clients, ενέργεια που βοηθάει στην κάλυψη πολλών προβληµάτων µε applets και thin-browser clients Το Java Web Start επιτρέπει την εύκολη εγκατάσταση και καθορισµό εφαρµογών µέσω φυλλοµετρητή. Η µόνη ενέργεια του χρήστη είναι η φόρτωση ενός Java Web Start client. υναµικός Ανακαθορισµός Οδυναµικός ανακαθορισµός έχει τύχει σηµαντικής έρευνας, ωστόσο τα αποτελέσµατα δεν είναι ακόµη ικανοποιητικά. Πολλές τεχνικές ανακαθορισµού έχουν προταθεί όπως SURF, CONIC, ARGUS, POLYLITH, HADAS, και λοιπά για διαφορετικές πλατφόρµες CORBA, DCOM, JAVA RMI και.net αλλά η πλειοψηφία είναι πολύπλοκες όταν δεν απαιτείται κάποια ιδιαίτερη γλώσσα όπως οι CONIC, ARGUS και POLYLITH.
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου ίκτυα Πεδίου Η διαδικασία προτυποποίησης έχει καταλήξει στο πρότυπο IEC 61158 το οποίο περιλαµβάνει 16 διαφορετικά δίκτυα Type 1 FOUNDATION Fieldbus H1 Type 2 ControlNet Type 3 PROFIBUS Type 4 P-Net Type 5 FOUNDATION Fieldbus HSE (High Speed Ethernet) Type 6 SwiftNet (a protocol developed for Boeing, since withdrawn) Type 7 WorldFIP Type 8 Interbus Type 10 PROFINET IO Type 12 EtherCAT Type 13 Ethernet Powerlink Type 16 SERCOS_interface
Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου ίκτυα Πραγµατικού Χρόνου Βασισµένα στο Ethernet Η τεχνολογία Ethernet έχει µπει δυναµικά στο πεδίο του βιοµηχανικού αυτοµατισµού για τους ακόλουθους λόγους: Παρέχει υψηλώτερο ρυθµό µετάδοσης δεδοµένω από τα δίκτυα πεδίου (100 Mbit) ιασυνδεόµενες συσκευές µπορεί να τύχουν διαδικτυακής πρόσβασης Οδηγεί σε µείωση κόστους όσον αφορά στο αναγκαίο υλικό Παρέχει µία ενιαία επικοινωνιακά υποδοµή σεόλατα επίπεδα της βιοµηχανικής ιεραρχίας Προάγει διαφανή ολοκλήρωση
Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου ίκτυα Πραγµατικού Χρόνου Βασισµένα στο Ethernet Ορισµένα Πρότυπα περιλαµβάνουν EPA (Ethernet for Plant Automation) EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) EtherNet/IP ETHERNET Powerlink Modbus-RTPS P-NET on IP PROFINET SERCOS III Time-critical Control Network (TCnet) Vnet/IP
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Remote Procedure Calls (RPCs) Client - server υποδοµή Aυξάνει τη διαλειτουργικότητα, τη µεταφερσιµότητα και την ευελιξία µιας εφαρµογής επιτρέποντας την κατανοµή της πάνω από ετερογενείς πλατφόρµες Aναπαριστούν ειδικές κλήσεις συναρτήσεων ενσωµατωµένες στο µέρος του πελάτη Υποστηρίζει διάφορες υλοποιήσεις: σύγχρονες, αίτησης-απάντησης και ασύγχρονες. εν είναι βέλτιστη για εφαρµογές που περιλαµβάνουν κατανεµηµένα αντικείµενα ή αντικειµενοστραφή προγραµµατισµό. Οι υποδοµές RPC εφαρµόζονται εντός του Distributed Computing Environment (DCE), που αναπτύχθηκε από το Open Systems Foundation (OSF). Μπορεί να χρησιµοποιηθεί µε διαφορετικά υλικά και λογισµικά όπως TCP/IP, OSI, X.25 και χρησιµοποιεί πρότυπες διεπαφές λειτουργικών συστηµάτων όπως POSIX και X/Open.
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Message-Oriented Middleware Client Server υποδοµή Kατανοµή µιας εφαρµογής πάνω από πολλές ετερογενείς πλατφόρµες Υποστηρίζονται ασύγχρονη και σηµείου-προς-σηµείο επικοινωνία καθώς και σύγχρονα µηνύµατα. Ένα τυπικό πρωτόκολλο για την ανταλλαγή µηνυµάτων XML αποτελεί το SOAP (Simple Object Access Protocol). Το πρωτόκολλο SOAP χρησιµοποιείται για την κλήση µεθόδων σε εξυπηρετητές, υπηρεσιών, στοιχείων και αντικειµένων. Το SOAP τυποποιεί υπάρχουσες τεχνολογίες και πρωτόκολλα περιγραφής όπως η XML και το HTTP χρησιµοποιώντας τα ως ενδιάµεσα επίπεδα για την εφαρµογή του µηχανισµού κλήσης.
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker Επικοινωνία και ανταλλαγή δεδοµένων µεταξύ αντικειµένων Οι λεπτοµέρειες της επικοινωνίας αντικειµένων «κρύβονται» και βρίσκονται αποµονωµένες στον ORB, µε τρόπο ώστε να αυξάνεται η συντηρησιµότητα του συστήµατος και η διαλειτουργικότητά του Λεπτοµέρειες ανάπτυξης όπως οι γλώσσες προγραµµατισµού, το λειτουργικό σύστηµα, το υλικό και η τοποθεσία των αντικειµένων «κρύβονται» από τους πελάτες Τρεις µείζονες τεχνολογίες ORB υπάρχουν: Common Object Request Broker Architecture (CORBA) Component Object Model (COM) JAVA Remote Method Invocation (JAVA RMI)
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker Component Object Model (COM) Πλαίσιο για ολοκλήρωση δικτυακών στοιχείων ιαλειτουργικότητα και την αναχρησιµοποίηση κατανεµηµένων αντικειµένων Η διαλειτουργικότητα µεταξύ στοιχείων λογισµικού γραµµένων σε τυχαίες γλώσσες επιτυγχάνεται µέσω του ορισµού µιας δυαδικής δοµής που αναπαριστά τη διεπαφή µεταξύ πελατών και αντικειµένων. Η Microsoft Interface Definition Language (IDL) περιγράδει αντικείµενα και διεπαφές COM Το COM σε συνδυασµό µε τοole, ActiveX και MTS αποτελεί την κατανεµηµένη και διαδικτυακή στρατηγική της Microsoft, η οποία αναφέρεται ως Distributed internet Architecture (DNA)
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker OLE / OPC παροχή µιας µοναδικής επικοινωνιακής διεπαφής για πρόσβαση δεδοµένων ελέγχου και διαδικασιών από διαφορετικές πηγές και συσκευές όπως PLCs, CNC, ή ενσωµατωµένα συστήµατα κατά τρόπο κοινό δυνατότητες: πρόσβαση δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο µε λειτουργικότητα ανάγνωσης και εγγραφής, διαχείριση γεγονότων και συναγερµών, αποµακρυσµένη πρόσβαση σε αρχεία ιστορικής καταγραφής, µεταξύ αποµακρυσµένων συστηµάτων και συσκευών ελέγχου Client Server Αρχιτεκτονική: Κάθε OPC server παρέχει µία γνωστή δοµή διεπαφών βασισµένη σε COM/DCOM που χρησιµοποιείται από διεπαφές και εφαρµογές OPC. Αυτή η δοµή διεπαφής βασίζεται στην εφαρµογή ενός συγκεκριµένου µοντέλου δεδοµένων που χρησιµοποιείται στον OPC server.
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker OLE / OPC Σηµαντική αποδοχή από τη βιοµηχανία Μεγάλος αριθµός υλοποιήσεων
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker Common Object Request Broker Architecture (CORBA) Ο ORB αντιλαµβάνεται κλήσεις µεθόδων αντικειµένων ενός server από ένα client O ORB βρίσκει τα ζητούµενα αντικείµενα, περνά τις παραµέτρους προς αυτό, καλεί τις µεθόδους του και επιστρέφει τα αποτελέσµατα της κλήσης Χρησιµοποιείται η Interface Definition Language (IDL) Παρέχει ανεξαρτησία από πλατφόρµες, αλλά είναι µια µάλλον πολύπλοκη προδιαγραφή, και χαλαρή όσον αφορά σε λεπτοµέρειες ανάπτυξης. Χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο inter-orb interoperability protocol (IIOP) ως πρωτόκολλο µεταφοράς. εν χειρίζεται θέµατα πραγµατικού χρόνου (Real Time CORBA)
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Object Request Broker JAVA Remote Method Invocation (JAVA RMI) Aποµακρυσµένη κλήση αντικειµένων Java Αρχιτεκτονική client server Η Java-RMI παρέχει ένα επικοινωνιακό πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται για την αλληλεπίδραση του αποµακρυσµένου αντικειµένου µε το καλούν αντικείµενο και µία πρότυπη βιβλιοθήκη κλάσσεων η οποία περέχει όλες τις αναγκαίες υλοποιήσεις για τη χρησιµοποίηση της τεχνολογίας RMI. Η βιβλιοθήκη αυτή αποτελεί τµήµα της Java 2 Standard Edition (J2SE).
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Plug-and-Play τεχνολογίες Jini Το Jini είναι µία τεχνολογία plug-and-play βασισµένη σε Java η οποία παρέχει δυνατότητες ανακάλυψης, σύνδεσης, αναφοράς, και ενηµέρωσης για αποµακρυσµένα γεγονότα UPnP Επιτρέπει σε µία συσκευή να συνδεθεί στο δίκτυο δυναµικά, να πάρει διεύθυνση IP, να αναφέρει τις δυνατότητές της, και να λάβει πληροφορία για την παρουσία άλλων συσκευών στο δίκτυο
Τεχνολογίες Συνδετικότητος Τεχνολογίες βασισµένες σε Java OSGi Πρότυπο, µη ιδιοκτησιακό, πλαίσιο στοιχείων λογισµικού Ισχυρό µοντέλο συνύπαρξης διαφορετικών στοιχείων / εφαρµογών σε µία µόνο JVM API ευέλικτης ανάπτυξης, που ελέγχει τον κύκλο ζωής εφαρµογών Ασφαλές περιβάλλον εκτέλεσης εφαρµογών Συνεργατικό µοντέλο δυναµικής ανακάλυψης εφαρµογών Ευέλικτη αρχιτεκτονική αποµακρυσµένης διαχείρισης Αριθµός πρότυπων προαιρετικών υπηρεσιών όπως Ιστορικής Καταγραφής, Καθορισµού, Http, XML, Wiring, IO, Ανακάλυψης Συσκευών, ταυτοποίησης χρήστη, και UpnP. RT-Java ΗχρήσητηςJava για βιοµηχανικές εφαρµογές πραγµατικού χρόνου έχουν οδηγήσει στην απαίτηση αλλαγών στη Java για πρόσδοση χαρακτηριστικών πραγµατικού χρόνου» Real-Time Specification for Java (RTSJ)» Real-Time Core Extensions (RTCE)» Real-Time Data Access (RTDA)
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Οι πράκτορες λογισµικού προέρχονται από το πεδίο της τεχνητής νοηµοσύνης και πρωτοαναπτύχθηκαν στην αρχή της δεκαετίας του 80. Η εφαρµογή τους εκεί ήταν σχετική µε την παροχή ενός µοντέλουπεριγραφήςλογικώναποφάσεωνπου παίρνονται από ενεργές οντότητες ανάλογα µε το περιβάλλον τους. Στο περιβάλλον τεχνητής νοηµοσύνης ο πράκτορας θεωρείται ανεξάρτητη αλλά συνεργαζόµενη οντότητα που παρατηρεί το περιβάλλον της µέσω αισθητηρίων και αναδρά µέσω ενεργοποιητών. Έτσι κάθε πράκτορας έχει ένα σκοπό τον οποίο προσπαθεί να ικανοποιήσει χρησιµοποιώντας τις δυνατότητές του.
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Ειδικό ρόλο µεταξύ των διαφόρων πρακτορικών συστηµάτων αποτελεί ο πράκτορας λογισµικού, που καλείται λογισµικό robot ή softbot. Βασίζονται σε προγράµµατα υπολογιστών και αλληλεπιδρούν µε το περιβάλλον τους µέσω µεταβλητών και συναρτησιακών κλήσεων εντός ενός συστήµατος λογισµικού. Με τη θεώρηση της κατανεµηµένης τεχνητής νοηµοσύνης έχουν οριστεί πολυ-πρακτορικά συστήµατα, που παρέχουν ένα µοντέλο αλληλεπίδρασης κατανεµηµένης ευφυΐας. Οι πράκτορες και ιδιαίτερα τα πολυπρακτορικά συστήµατα έχουν γίνει µία ενδιαφέρουσα προσέγγιση για συστήµατα ελέγχου. Αποτελούν µία ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση προβληµάτων στο πεδίο της συναρτησιακής ολοκλήρωσης εντός του βιοµηχανικού περιβάλλοντος για την επίτευξη κατανεµηµένης οργάνωσης, εφαρµογής ετερογενών συστηµάτων, διαλειτουργικότητος, δυναµικών δοµών, συνεργασίας, διεπαφών ανθρώπου µηχανής, επεκτασιµότητος και ανοχής σε σφάλµατα.
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Ολονικά Συστήµατα Κάθε όλον αποτελεί µία ανεξάρτητη και συγκεκριµένου σκοπού ενεργή οντότητα εντός ενός συστήµατος ελέγχου. Χρησιµοποιείται για µετατροπή, µεταφορά, επεξεργασία, και αποθήκευση πληροφορίας και / ή αγαθών και µπορεί να είναι µέρος ενός άλλου όλον. Κάθε όλον αποτελείται από 4 βασικά συστατικά τµήµατα που πρέπει να υπάρχουν σε κάθε όλον. Χρησιµοποιούνται για να επεξεργάζονται και αποθηκεύουν δεδοµένα, να προσπελαύνουν τους φυσικούς κατασκευαστικούς πόρους, να επικοινωνούν µε άλλα όλον και µε ανθρώπους. Η αυτονοµία αποτελεί την ικανότητα ενός όλον να σχεδιάζει, ελέγχει, και εκτελεί το χρονοπρόγραµµα των έργων του ανεξαρτήτως άλλων οντοτήτων του συστήµατος ελέγχου. Η συνεργασία περιγράφει τη διαδικασία σχεδίασης και εκτέλεσης αµοιβαίως αποδεκτών χρονοπρογραµµάτων έργων από ένα σύνολο όλον. Μία ολαρχία αποτελεί ένα σύστηµα από όλον µε ένα συγκεκριµένο πρόβληµα ελέγχου που επιλύεται από τα όλον µε συνεργατικό τρόπο υπό τη θεώρηση προκαθορισµένων βασικών κανόνων συνεργασίας. ιαφορετικές προσεγγίσεις βασίζονται στην ολονική αρχιτεκτονική ελέγχου. Ορισµένες εξ αυτών είναι οι αρχιτεκτονικές PROSA, METHAMORPH, ADACOR, NSCS, Cambridge Packing Cell και πολλές άλλες.
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Χρήση Πρακτόρων στο Σύστηµα Pabadis Promise Η αρχιτεκτονική ολονικών συστηµάτων παρουσιάζει ένα σηµαντικό µειονέκτηµα: οι πράκτορες που χρησιµοποιούνται για την ανάπτυξη των διαφορετικών τύπων όλον και των διεπαφών µεταξύ τους παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές. Έτσι δεν ήταν δυνατή η ανάπτυξη γενικών πρακτόρων που θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν από τις κατασκευαστικές διαδικασίες, µε αποτέλεσµα η διαλειτουργικότητα και αναχρησιµοποίηση των στοιχείων της αρχιτεκτονικής να µην είναι δυνατή. Το έργο PABADIS PROMISE βασίζεται αντίθετα σε µία σειρά γενικών και αλληλεπιδρώντων πρακτόρων λογισµικού συγκεκριµένων δυνατοτήτων και αρµοδιοτήτων που επιτρέπουν την αύξηση της κατανοµής εντός του βιοµηχανικού περιβάλλοντος.
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Χρήση Πρακτόρων στο Σύστηµα Pabadis Promise
Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα Υπάρχοντα Συστήµατα Πρακτόρων
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Συστήµατα ERP Τα συστήµατα διαχείρισης επιχειρησιακών πόρων (ERP) αυτοµατοποιούν και ολοκληρώνουν επιχειρησιακές δραστηριότητες και αποτελούνται από επί µέρους τµήµατα λογισµικού τα οποία εκτείνονται σε ευρύ φάσµα επιχειρησιακών λειτουργικοτήτων: µεταποίηση, επιµελητεία, εφοδιασµός, πωλήσεις, ανθρώπινοι πόροι, οικονοµικά, ανάλυση, διαχείριση έργων, διαχείριση ακίνητης περιουσίας, περιβαλλοντική διαχείριση, ασφάλεια και διαχείριση ποιότητος. Τα συστήµατα ERP ολοκληρώνονται µε άλλα επιχειρησιακά συστήµατα όπως συστήµατα διαχείρισης σχέσεων πελατών (CRM), διαχείρισης σχέσεων προµηθευτών (SRM), διαχείρισης εφοδιαστικής αλυσίδος (SCM), ή διαχείρισης κύκλου ζωής προϊόντων (PLM).
Συστήµατα ERP Βασικά συστήµατα ενός ERP είναι τα ακόλουθα: ιαχείριση Πωλήσεων ιαχείριση και χρονοπρογραµµατισµός του κύκλου παραγωγής ιαχείριση Εξοπλισµού και Αποθεµάτων Οικονοµική ιαχείριση Επιχειρησιακή Λογιστική Πέραν των ανωτέρω βασικών λειτουργικοτήτων, συστήµατα ERP επίσης περιλαµβάνουν τις ακόλουθες πρόσθετες λειτουργικότητες: ιαχείριση Ανθρωπίνων Πόρων ιαχείριση Αποθηκών ιαχείριση Σχέσεων Πελατών ιαχείριση Εφοδιαστικής Αλυσίδος ιαχείριση Κύκλου Ζωής Προϊόντων ιαχείριση Ποιότητος
Συστήµατα ERP Ζητούµενο αποτελεί η διαφανής ολοκλήρωση των επί µέρους υποσυστηµάτων από το ERP ως το επίπεδο πεδίου Το πρότυπο ISA 95 περιγράφει τις διαδικασίες και τις διεπαφές τους για το ενδιάµεσο επίπεδο (Manufacturing Execution System MES) Η διεπαφή µε το ανώτερο επίπεδο θα καταστήσει δυνατή την προαγωγή µοντέλων που θέτουν την παραγγελία στο κέντρο της προσοχής της επιχείρησης
Βιοµηχανικά Συστήµατα και Επικοινωνίες Θεµατικές Κατευθύνσεις Κατανεµηµένα Συστήµατα Ελέγχου Εξοπλισµός πεδίου, Ελεγκτικός εξοπλισµός Αλληλεπίδραση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Συντήρηση Κατανεµηµένων Συστηµάτων Ελέγχου Βιοµηχανικές ικτυώσεις Πραγµατικού Χρόνου Τεχνολογίες Συνδετικότητος (Middleware) Αυτόνοµα Βιοµηχανικά Συστήµατα - Πράκτορες Λογισµικού (Agents) Συστήµατα ιαχείρισης Πόρων (ERP) Περιγραφικές Γλώσσες Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση
Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση Η επιχειρησιακή ολοκλήρωση διακρίνεται σε Ενδοεπιχειρησιακή Ολοκλήρωση Συστήµατα εντός της επιχείρησης µπορούν να διαλειτουργούν ιεπιχειρησιακή Ολοκλήρωση Γεωγραφικά κατανεµηµένες επιχειρήσεις ή συνεργαζόµενες επιχειρήσεις µπορούν να διαλειτουργήσουν διασυνδέοντας τα συστήµατά τους και βάσει προηγµένων επιχειρησιακών µοντέλων Εικονική επιχείρηση Εκτεταµένη επιχείρηση Ολοκληρωµένη Εφοδιαστική Αλυσίδα Οµαδοποιήσεις (Clusters)
Σηµασιολογία Επιχειρησιακή Ολοκλήρωση Ησηµασιολογία παίζει σηµαντικό ρόλο στην επιχειρησιακή ολοκλήρωση επιτρέποντας την περιγραφή µε ενιαίο τρόπο των µοντέλων λειτουργίας και των διεπαφών µεταξύ συστηµάτων µιας επιχείρησης αλλά και διαφορετικών επιχειρήσεων Οι οντολογίες αποτελούν βασικά εργαλεία για την έκφραση της σηµασιολογίας µε τα εξής χαρακτηριστικά περιγράφουν ένα συγκεκριµένο τοµέα οι όροι και οι σχέσεις ορίζονται καθαρά σε αυτόν τον τοµέα οι όροι οργανώνονται (σε µία ιεραρχική δοµή, σχέσεις IS-A/HAS- A, κλπ) υπάρχει συµφωνία µεταξύ των χρηστών της οντολογίας ώστε το νόηµα των όρων να χρησιµοποιείται µε συνέπεια