Akademik Veri Yönetim Sistemi
Schmidt K. V. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2011 - 2014
Geleneksel üretim sistemleri ucuz, ve büyük çapta seri
üretim amaçlı tahsis edilmiş üretim hatları (dedicated manufacturing lines
-DML) ya da aynı üretim tesisinde farklı ürünler için esnek üretim sistemleri
(flexible manufacturing systems -FMS) olarak gerçekleştirilmektedirler. Rekabet,
ürün geliştiriminde hızlı değişiklikler ve çağdaş üretim sistemlerindeki
teknolojik yenilikler sayesinde yeniden
yapılandırılabilir üretim sistemleri (reconfigurable manufacturing systems
-RMS) yeni bir paradigma olarak ortaya çıkmıştır. RMS ürün çeşitliliğini,
sistem konfigürasyonunda ve ekipmanında değişikliklerle yeni ürünlerin hızla
çıkarılmasını, üretim kapasitesinin hızla değiştirilebilmesini, yeni işlev ve
teknolojilerin hızlı entegrasyonunu ve niş pazarlama (niche marketing) için
farklı ürün hacimlerine adapte olabilmeyi amaçlamaktadır.
RMS özel yeniden yapılandırılabilir makine araçlarından
(reconfigurable machine tool -RMTs) oluşmaktadır. Kontrol açısından
bakıldığında RMTlerin yerel ve aralarındaki koordinasyonu sağlayan
kontrolcularda sık ve hızlı olarak değişiklikler gerekmektedir. Bu nedenle RMS
kontrolcu tasarımı, modüler gerçekleştirmeye, konfigürasyon değişikliklerinde kolayca
kontrolcuların yeniden tasarlanmasına ve sisteme entegre edilebilmesine izin
veren, sistemdeki artıklıkların (redundancies) verimli değerlendirilmesini ve
standart bileşenler için kontrolcuların yeniden kullanılabilirliğini sağlayan
özellikler taşımalıdır. Sistemdeki bozuklukların tanılanması (failure
diagnosis) ve bozukluktan toparlanmak (failure recovery) için otomatik yeniden yapılandırılma da gereklidir
Günümüzde RMS kontrolu için iki temel yaklaşım
bulunmaktadır. Aracı temelli (agent-based) üretimde RMS bağımsız fiziksel ve
mantıksal aracıların kümesi olarak görülmektedir. Bu aracılar yerel ve genel amaçlara
ulaşmak için kendi aralarında etkileşmektedirler. Bu yaklaşımın avantajı
yeniden yapılandırman kontrolunun tamamen dağıtılmış olabilmesidir. Buna karşılık
gerekli aracı etkileşimleri yüksek karmaşıklığa ulaşabilmekte ve tüm sistem
başarımı ve doğruluğunu ölçmek zor olmaktadır.
Ayrık olaylı sistem (discrete event system -DES) modelleri RMS temel operasyonları
ve etkileşimlerini göstermektedir. RMSin ardışık davranışı ve koordinasyonu
için kontrolcu ve bozukluk tanılayıcı (failure diagnoser) tasarımına uygun
genel bir sistem bakışına rağmen bozukluktan toparlanma veya kontrolcuların
tekrar kullanılabilmesi gibi belli senaryolara kısıtlanmışlardır. Çoğunlukla
koordinasyon kontrolunu ve modüler kontrolcu gerçekleştirimini gözardı etmekte
ve büyük RMSe ölçeklenememektedirler. RMS için yeniden yapılandırma kontrolunu,
bozukluk tanılama ve toparlanmayı bir genel işçerçevesi içinde entegre eden, koordinasyon
kontrolcusu tasarımını destekleyen, modüler kontrolcu gerçekleştirimine izin
veren ve gerçekçi büyüklükte RMSlere ölçeklenebilen bir yaklaşım
bulunmamaktadır.
Önerilen projenin konusu RMS için yeniden yapılandırma
kontrolu ve bozukluk tanılama için modellemeden gerçekleştirmeye uzanan bir
sürekli işakışı (continuous workflow) geliştirmektir. Projenin ilk amacı, RMS
kontrolu için kapsamlı hiyerarşik bir DES modelleme işçerçevesi (modeling
framework) geliştirimidir. Bu işçerçevesi modüler sistem bileşenlerinin kolay
temsili, yeniden yapılandırma koordinasyon kontrolcularının tasarlanması, ve
sistem bozukluklarından toparlanmanın modellenmesini sağlayacaktır. Projenin
ikinci amacı bu işçerçevesine gore RMSin ilgili özelliklerinin analizi için
araçlar geliştirmektir. Projenin üçüncü amacı bu analiz araçlarına dayanarak ölçeklenebilecek,
bozukluktan toparlanmaya uygun, en az kontrolcunun tekrar hesaplanmasını
gerektirecek ve modüler gerçekleştirime izin verecek yeniden yapılandırma
kontrolu ve tanılama tasarım tekniklerinin geliştirilmesidir. Projenin dördüncü
amacı ise geliştirilecek olan modelleme analiz ve tasarım yöntemlerinin bu
proje kapsamında alımı yapılacak olan bir fiziksel maket RMS örneğine
uygulanmasıdır. Bu amaçla bir simulasyon platformu oluşturulacak ve donanmılı
simulasyon (hardware in the loop simulation) yolu ile sentezlenen kontrolcular bu
RMS örneğine bağlı PC üzerinde koşturulacaktır.
Bu şekilde sentezlenmiş olan yeniden yapılandırılma kontrolunun
doğrulanması ve davranışının incelenmesi mümkün olacaktır. Bütün amaçlar
tasarlanan algoritmaların yazılım kütüphanesi olarak gerçekleştirilmesini de kapsamaktadır.
Önceki çalışmalardan farklı olarak önerilen yaklaşım
RMSlerin detaylı modellerine ve tasarlanan kontrolcu ve tanılayıcıların hızlı
olarak gerçekleştirilmesine izin vermektedir. Modülerlik, ölçeklenebilirlik,
tanılanabilme ve tekrar kullanılabilme aynı formal işçerçevesinde olacaktır.
İşçerçevesi formal DES tasarım tekniklerini kullanarak tasarımdan gelen
doğruluk (correctness by design) özelliğini sağlayacaktır. Projede geliştirilen
donanımlı simulasyon platformu ile kontrolcuların ve tanılayıcıların doğrudan
fiziksel maket RMS sistemine bağlanarak geliştirilen modeller doğrulanacak,
davranış incelenmesinin yapılacaktır.
Geliştirilecek modelleme işçerçevesi ve kontrolcu
tasarımı tamamen yeni olduğu için proje sonuçları uluslarası konferanslarda ve
indekslenen dergilerde yayınlanabilecektir. Projenin çıktısı genel modelleme
tekniği, algoritmik deteği olan tasarım akışı ve fiziksel RMSe doğrudan
uygulanabilmesi ile endüstriyel çevrelerin ilgisini çekecek potansiyele
sahiptir. Bu sebeple proje hem akademik literature hem de ülke eknomisine
katkıda bulunabilecektir.
Projenin proje yöneticisi, bir adet doktora ve 2 adet yüksek lisans
öğrencisinin çalışmaları ile 3 yılda
tamamlanması beklenmektedir. Proje sonuçlandığında bu öğrenciler sistem
analizi, kontrolcu tasarımı ve RMS odaklı olarak üretim sistemlerinin bozukluk
tanılaması konusunda araştırmacı olarak yetişmiş olacaklardır. Proje
yürütülmesi sırasında Almanya’daki Erlangen Üniversitesi Kontrol Enstitüsü
(Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Regelungstechnik) ile işbirliği
yapılacaktır. Bu işbirliğinin daha sonra AB projelerini de içeren uluslararası
projelere dönüşmesi beklenmektedir.