Entwicklung und Integration interdependenter Agentensysteme zur dezentralen Produktionsplanung und -steuerung

Abstract

Zunehmender globaler Wettbewerb und hohe Nachfrage nach kundenindividualisierten Produkten erhöhen rasant die Komplexität sowohl der Produkte selbst als auch der Produktionsprozesse in der Fertigungsindustrie. Um den daraus resultierenden Anforderungen gerecht werden zu können, bedarf es neuer Ansätze für die Produktion von morgen. Die Vision der Industrie 4.0 möchte diesen Herausforderungen begegnen, indem Produktionsprozesse zunehmend vernetzt und Flexibilität, Autonomie und Robustheit in der Fertigung gesteigert werden. Derzeit ist jedoch unklar, wie sich die Komponenten in einem Industrie 4.0-Produktionssystem definieren, um in der Realität umgesetzt zu werden, und welche Informationen sie enthalten müssen. Zudem existiert eine Reihe von potenziellen Umsetzungstechnologien für die Realisierung der Vision von Industrie 4.0. Agentenbasierte Steuerungssysteme haben sich in diesem Zusammenhang zu einem vielversprechenden Ansatz entwickelt, um die zunehmend komplexen Produktionssteuerungssysteme zu dezentralisieren und zu vernetzen. In einer Reihe von Forschungs- und Industrieprojekten haben Agentensysteme bereits ihre Nützlichkeit für viele Anwendungsfälle unter Beweis gestellt, indem sie Teilsysteme komplexer Produktionssysteme abbilden und steuern. Es fehlt derzeit jedoch noch an geeigneten Methoden, um die heute getrennt voneinander agierenden Steuerungssysteme in ein interdependentes, ganzheitliches Agentensystem zu integrieren, das eine gemeinsame Zielsetzung und ein globales Optimum verfolgt. Die vorliegende Arbeit versucht diese Forschungslücke zu schließen, indem eine agentenbasierte Entwicklungsmethode erarbeitet wird, mit der die Entwicklung individueller Agentensysteme und ihre schrittweise Integration ermöglicht werden soll. Auf dem Weg dahin werden Beispiele und Anwendungsfälle aus der Fertigungsindustrie und insbesondere aus dem Umfeld der Automobilfertigung herangezogen und konkrete Agentensysteme entworfen, programmiert und simuliert. Die erarbeitete Entwicklungsmethode zur Integration agentenbasierter Steuerungssysteme wird ebenfalls anhand von Anwendungsfällen demonstriert. Weiterhin werden Wege aufgezeigt, wie Unternehmen damit die Migration von der derzeit zentral organisierten Produktion hin zu einem dezentral organisierten Produktionsnetzwerk aus intelligenten und integrierten Agentensystemen beschreiten können.

Continuously growing demands of global competition and customer-individualized products are rapidly increasing the complexity of products and production processes in the manufacturing industry. To meet the resulting challenges, new approaches are needed for tomorrow's production. The Industrie 4.0 vision is to meet these challenges by increasingly networking production processes and boosting flexibility, autonomy and robustness in manufacturing. However, it is currently unclear how the components in an industry 4.0 production system define themselves in order to be implemented in real-life applications and what information they must contain. In addition, there is a range of potential implementation technologies for realizing the vision of Industrie 4.0. Agent-based control systems have become a promising approach for decentralising and networking the increasingly complex production control systems. In a number of research and industrial projects, agent systems have already proven their usefulness for many applications by mapping and controlling subsystems of complex production systems. However, there is still a lack of suitable methods for integrating today's separate control systems into an interdependent, holistic agent system that pursues a common goal and a global optimum. This work tries to close this research gap by developing an agent-based development method that enables the development of individual agent systems and their gradual integration. Along the way, examples and applications from the manufacturing industry and in particular from the field of automotive production are used and concrete agent systems are designed, programmed and simulated. The elaborated development method for the integration of agent-based control systems is demonstrated on the basis of use cases and ways are shown how companies can use the method to migrate from the currently centrally organized production to a decentralized production network of intelligent and integrated agent systems.