A general framework for multi-agent manufacturing systems


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Department of Industrial Engineering (Eng), Turkey

Approval Date: 2008

Thesis Language: English

Student: BANU KENGİL

Consultant: Ercan Öztemel

Abstract:

ÇOKLU ETMENLİ ÜRETİM SİSTEMLERİ İÇİN GENEL BİR İSKELET YAPI Değişimleri pazara sunmak ve müşteri ihtiyaçlarına daha duyarlı olmak için daha fazla sorumluluk alması gereken işletmeler, daha çok hayatta kalmak ve bu tür bir çevrede mücadele etmek durumundadırlar. Topyekun küreselleşmeye doğru, bugünün piyasa (pazar) çevresi üretimde hiç artmadığı kadar artan bir yol, kısalan ürün çevrim zamanları ve toplu üretimden toplu özelleşmeye doğru artan bir değiştirme yönünde ilerlemektedir. Özellikle imalat sektöründe, yeni yönetim yazılım mimarileri artık kaçınılmaz şekilde üretim sistemine dahil olmaktadadır. Bu tezin amacında yoğunluklu olarak çoklu etmen sistemleri (MAS) üzerinde çalışmak hedeflenmiş olup kaynakların etkin bir şekilde kullanımı için verimliliğin artırılmasında ve imalat fonksiyonlarının otomasyonunun ve özerkliğinin genişletilmesinin sağlanmasında imalat sistemleri için çoklu etmen sistemlerinin kullanımı üzerinde durulmaktadır. Tez içerisinde gerçek bir imalat sistemindeki etmenlerin fizibiletisinin araştırılarak, bir prototipuygulamanın değerlendirilmesi sunulmaktadır. Tez altı (6) ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, tez kapsamında işlenecek çoklu etmen sistemleri hakkında giriş yapılmış ve kısaca bilgi verilmiştir. İkinci bölümde ise, etmen teknolojisindeki temel bilgiler üzerinde durulmaktadır. Etmen teknolojisi için genel bir çatı üzerinde yoğunlaşılmaktadır. Özellikle donanım ve yazılım temelli bilgisayar sistemini kapsayan ve insanlar ile makineler arasında yer alan boşluktaki etkileşimi ve zekayı ortaya koyan bir köprü görevini üstlenen etmenler hakkında bilgi vermektedir. Üçüncü bölümde ise, temel karakteristikler, mimari, işbirliği ve koordinasyon konularını kapsayan çoklu etmen sistemleri işlenmektedir. Burada özellikle mevcut imalat kontrol sistemlerinde tahmin edilebilir ve sabit bir çevrede deterministik algoritmaların kullanımının genel olarak kullanımda olduğu; ancak buna karşın, gelecek imalat sistemlerinde ise artan oranda daha dinamik bir çevrede deterministik olmayan metotların kullanılacağı üzerinde durulmaktadır. Dördüncü bölümde ise, çoklu etmen imalat sistemleri için genel bir çatı üzerinde yoğunlaşılmaktadır. Bununla birlikte, bütünleşik imalat çevresi ve uygun imalat etmenleri üzerinde durulmaktadır. Yine bilgi ağı kavramı tanıtılarak bütünleşik bir çevre içerisinde bilgiyi paylaşmanın önemine değinilmektedir. Tezin beşinci bölümünde ise, gerçek bir imalat çevresi üzerinde hedeflenen teknolojinin küçük bir uygulama çalışması ile çalışma tamamlanmaktadır.. Özellikle imalat sistemlerinde çoklu etmen uygulamaları örneği olarak hazırlanan prototip model tanıtılmaktadır. Geliştirilen prototip dört (4) aşamadan oluşmaktadır: (1) Hedeflenen uygulama çalışması için uygun bir firmanın seçimi, (2) ilgili verilerin elde edilerek ilgili departmanların belirlenmesi, (3) her bir etmen için etmen fonksiyonlarının ve ilgili iş akışlarının tanımlanarak hedeflenen çoklu etmen sistemi için imalat etmenlerinin belirlenmesi, ve (4) yeni bir prototip geliştirme. Son bölüm çalışmanın sonucunu yansıtan ve bu bağlamda araştırmamıza bir yön veren uygulamayı belirtmektedir. ABSTRACT A GENERAL FRAMEWORK FOR MULTI-AGENT MANUFACTURING SYSTEM Businesses more responsive to market changes and more sensitive to customer needs are more likely to survive in the following years. Towards total globalization, today’s market environment is characterized by an ever increasing pace in production and manufacturing, decreasing product cycle times, and an increasing shift from mass production to mass customization. Particularly in the manufacturing sector, introduction of new management software architectures seems to be inevitable. The aim of this thesis is to study extensively multi agent systems (MAS) and elaborate on possibility of using MAS for manufacturing systems in order to increase automation and autonomy of manufacturing functionalities for the sake of productivity as well as efficient utilization of resources. The study is extended on creating a prototype system for the proof of concept. The thesis consists of six (6) Chapter. In Chapter I, an introduction and a brief information about MASs is explained to the thesis. In chapter II, basic information on agent technology including a general framework for agent architecture is provided highlighting hardware or software based computer system providing a means to bridge the gap between humans and machines by means of interaction and intelligence. In Chapter III, multi-agent systems covering fundamental characteristics, architecture, cooperation and coordination issues are introduced pointing out that the existing manufacturing control systems are usually based on deterministic algorithms operating in a predictable and stable environment versus future manufacturing systems will be increasingly more dynamic. In Chapter IV, a general framework for multi-agent manufacturing systems is highlighted. Besides, integrated manufacturing environment and possible set of manufacturing agents are explained. A concept of knowledge network is introduced in order to point out the importance of knowledge sharing within the integrated environment. In Chapter V, the result of small implementation of the proposed technology in an actual manufacturing environment is provided. In Chapter V, a small prototype model has been introduced as an example of MAS applications in manufacturing systems. This implementation consisted of 4 main stages mainly; (1) selecting company for possible implementation, (2) identifying the related departments gathering respective data, (3) defining manufacturing agents for the proposed multiagent system and defining agent functionalities and related workflows for each agent and (4) developing the prototype. The last chapter outlines the result of this study and provides a research direction along this line.