Elke periode kent zijn eigen revolutie en elke revolutie brengt zijn eigen organisatorische model met zich mee. We bevinden ons nu in de 4e industri¨ele revolutie, waar het internet van dingen ons verbindt met autonome embedded systemen. Deze systemen zijn actief in de virtuele ’cyber’ wereld, alsook in de echte ’fysieke’ wereld om ons heen. Deze zogenoemde ’Cyber-Fysieke’ Systemen volgen daarmee een modern organisatorisch model, namelijk zelfmanagement, en zijn dan ook in staat zelf proactieve acties te ondernemen. Dit proefschrift belicht productiesystemen vanuit het Cyber-Fysieke perspectief. De productiesystemen zijn hier herconfigureerbaar, autonoom en zeer flexibel. Dit kan enkel worden bereikt door het ontwikkelen van nieuwe methodes en het toepassen van nieuwe technologie¨en die flexibiliteit verder bevorderen. Echter, effici¨entie is ook van belang, bijvoorbeeld door productassemblage zo flexibel te maken dat het daardoor kosteneffici¨ent is om de productie van diverse producten met een lage oplage, zogenaamde high-mix, low volume producten, te automatiseren. De mogelijkheid om zo flexibel te kunnen produceren moet bereikt worden door de creatie van nieuwe methoden en middelen, waarbij nieuwe technologie¨en worden gecombineerd; een belangrijk aspect hierbij is dat dit toepasbaar getest moet worden door gebruik van simulatoren en speciaal hiervoor ontwikkelde productiesystemen. Dit onderzoek zal beginnen met het introduceren van het concept achter de bijbehorende productiemethodologie, welke Grid Manufacturing is genoemd. Grid Manufacturing wordt uitgevoerd door autonome entiteiten (agenten) die zowel de productiesystemen zelf, als de producten representeren. Producten leven dan al in de virtuele cyber wereld voordat zij daadwerkelijk zijn gebouwd, en zijn zich bewust uit welke onderdelen zij gemaakt moeten worden. De producten communiceren en overleggen met de autonome herconfigureerbare productiesystemen, de zogenaamde equiplets. Deze equiplets leveren generieke diensten aan een grote diversiteit aan producten, die hierdoor op elk moment geproduceerd kunnen worden. Het onderzoek focust hierbij specifiek op de equiplets en de technische uitdagingen om dynamisch geautomatiseerde productie mogelijk te maken. Om Grid Manufacturing mogelijk te maken is er een set van technologische uitdagingen onderzocht. De achtergrond, onderzoeksaanpak en concepten zijn dan ook de eerste drie inleidende hoofdstukken. Daarna begint het onderzoek met Hoofdstuk 4 Object Awareness. Dit hoofdstuk beschrijft een dynamische manier waarop informatie uit verschillende autonome systemen gecombineerd wordt om objecten te herkennen, lokaliseren en daarmee te kunnen manipuleren. Hoofdstuk 5 Herconfiguratie beschrijft hoe producten communiceren met de equiplets en welke achterliggende systemen ervoor zorgen dat, ondanks | Dutch Summary 232 dat het product niet bekend is met de hardware van de equiplet, deze toch in staat is acties uit te voeren. Tevens beschrijft het hoofdstuk hoe de equiplets omgaan met verschillende hardwareconfiguraties en ondanks de aanpassingen zichzelf toch kunnen besturen. De equiplet kan dan ook aangepast worden zonder dat deze opnieuw geprogrammeerd hoeft te worden. In Hoofdstuk 6 Architectuur wordt vervolgens dieper ingegaan op de bovenliggende architectuur van de equiplets. Hier worden prestaties gecombineerd met flexibiliteit, waarvoor een hybride architectuur is ontwikkeld die het grid van equiplets controleert door het gebruik van twee platformen: Multi-Agent System (MAS) en Robot Operating System (ROS). Nadat de architectuur is vastgesteld, wordt er in Hoofdstuk 7 onderzocht hoe deze veilig ingezet kan worden. Hierbij wordt een controlesysteem ingevoerd dat het systeemgedrag bepaalt, waarmee het gedrag van de equiplets transparant wordt gemaakt. Tevens zal een simulatie met input van de sensoren uit de fysieke wereld ’live’ controleren of alle bewegingen veilig uitgevoerd kunnen worden. Nadat de basisfunctionaliteit van het Grid nu compleet is, wordt in Hoofdstuk 8 Validatie en Utilisatie gekeken naar hoe Grid Manufacturing gebruikt kan worden en welke nieuwe mogelijkheden deze kan opleveren. Zo wordt er besproken hoe zowel een hi¨erarchische als een heterarchische aanpak, waar alle systemen gelijk zijn, gebruikt kan worden. Daarnaast laat het hoofdstuk o.a. aan de hand van enkele voorbeelden en simulaties zien welke effecten herconfiguratie kan hebben, en welke voordelen deze aanpak zoal kan bieden.. Het proefschrift laat zien hoe met technische middelen geautomatiseerde flexibiliteit mogelijk wordt gemaakt. Hoewel het gehele concept nog volwassen zal moeten worden, worden er enkele aspecten getoond die op de korte termijn toepasbaar zijn in de industrie. Enkele voorbeelden hiervan zijn: (1) het combineren van gegevens uit diverse (autonome) bronnen voor 6D-lokalisatie; (2) een data-gedreven systeem, de zogeheten hardware-abstractielaag, die herconfigureerbare systemen controleert en de mogelijkheid biedt om deze productiesystemen aan te passen zonder deze te hoeven herprogrammeren; en (3) het gebruik van Cyber-Fysieke systemen om de veiligheid te verhogen.
MULTIFILE
Standard mass-production is a well-known manufacturing concept. To make small quantities or even single items of a product according to user specifications at an affordable price, alternative agile production paradigms should be investigated and developed. The system presented in this paper is based on a grid of cheap reconfigurable production units, called equiplets. A grid of these equiplets is capable to produce a variety of different products in parallel at an affordable price. The underlying agent-based software for this system is responsible for the agile manufacturing. An important aspect of this type of manufacturing is the transport of the products along the available equiplets. This transport of the products from equiplet to equiplet is quite different from standard production. Every product can have its own unique path along the equiplets. In this paper several topologies are discussed and investigated. Also, the planning and scheduling in relation to the transport constraints is subject of this study. Some possibilities of realization are discussed and simulations are used to generate results with the focus on efficiency and usability for different topologies and layouts of the grid and its internal transport system.
DOCUMENT
Standard mass-production is a well-known manufacturing concept. To make small quantities or even single items of a product according to user specifications at an affordable price, alternative agile production paradigms should be investigated and developed. The system presented in this article is based on a grid of cheap reconfigurable production units, called equiplets. A grid of these equiplets is capable to produce a variety of different products in parallel at an affordable price. The underlying agent-based software for this system is responsible for the agile manufacturing. An important aspect of this type of manufacturing is the transport of the products along the available equiplets. This transport of the products from equiplet to equiplet is quite different from standard production. Every product can have its own unique path along the equiplets. In this article several topologies are discussed and investigated. Also, the planning and scheduling in relation to the transport constraints is subject of this study. Some possibilities of realization are discussed and simulations are used to generate results with the focus on efficiency and usability for different topologies and layouts of the grid and its internal transport system. Closely related with this problem is the scheduling of the production in the grid. A discussion about the maximum achievable load on the production grid and its relation with the transport system is also included.
DOCUMENT
Based on the model outcomes, Houtlaan’s energy transition will likely result in congestion and curtailmentproblems on the local electricity grid within the next 5-7 years, possibly sooner if load imbalance between phasesis not properly addressed.During simulations, the issue of curtailment was observed in significant quantities on one cable, resulting in aloss of 8.292 kWh of PV production per year in 2030. This issue could be addressed by moving some of thehouses on the affects cable to a neighboring under-utilized cable, or by installing a battery system near the end ofthe affected cable. Due to the layout of the grid, moving the last 7 houses on the affected cable to the neighboringcable should be relatively simple and cost-effective, and help to alleviate issues of curtailment.During simulations, the issue of grid overloading occurred largely as a result of EV charging. This issue can bestbe addressed by regulating EV charging. Based on current statistics, the bulk of EV charging is expected to occurin the early evening. By prolonging these charge cycles into the night and early morning, grid overloading canlikely be prevented for the coming decade. However, such a control system will require some sort of infrastructureto coordinate the different EV charge cycles or will require smart EV chargers which will charge preferentiallywhen the grid voltage is above a certain threshold (i.e., has more capacity available).A community battery system can be used to increase the local consumption of produced electricity within theneighborhood. Such a system can also be complemented by charging EV during surplus production hours.However, due to the relatively high cost of batteries at present, and losses due to inefficiencies, such a systemwill not be financially feasible without some form of subsidy and/or unless it can provide an energy service whichthe grid operator is willing to pay for (e.g. regulating power quality or line voltage, prolonging the lifetime of gridinfrastructure, etc.).A community battery may be most useful as a temporary solution when problems on the grid begin to occur, untila more cost-effective solution can be implemented (e.g. reinforcing the grid, implementing an EV charge controlsystem). Once a more permanent solution is implemented, the battery could then be re-used elsewhere.The neighborhood of Houtlaan in Assen, the Netherlands, has ambitious targets for reducing the neighborhood’scarbon emissions and increasing their production of their own, sustainable energy. Specifically, they wish toincrease the percentage of houses with a heat pump, electric vehicle (EV) and solar panels (PV) to 60%, 70%and 80%, respectively, by the year 2030. However, it was unclear what the impacts of this transition would be onthe electricity grid, and what limitations or problems might be encountered along the way.Therefore, a study was carried out to model the future energy load and production patterns in Houtlaan. Thepurpose of the model was to identify and quantify the problems which could be encountered if no steps are takento prevent these problems. In addition, the model was used to simulate the effectiveness of various proposedsolutions to reduce or eliminate the problems which were identified
Slim laden van elektrische auto’s is een typisch voorbeeld van een technischeenergie-innovatie waarin de gebruiker in de toekomst een belangrijke rol zal spelen. Kennis van de gebruikersvariabelen is desondanks nog een ‘missing link’ in bestaande initiatieven. Dit project beoogt door onderzoek naar de gebruikersinteractie bij slim laden, de voorwaarden te scheppen voor verdereontwikkeling van deze technische innovatie. Hiermee wordt ook daadwerkelijk bijgedragen aan het ontwikkelen van innovatieve diensten voor een duurzame waardeketen op dit gebied.
Lectorate, part of NHL Stenden Hogeschool
