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
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
Author supplied: In a production environment where different products are being made in parallel, the path planning for every product can be different. The model proposed in this paper is based on a production environment where the production machines are placed in a grid. A software entity, called product agent, is responsible for the manufacturing of a single product. The product agent will plan a path along the production machines needed for that specific product. In this paper, an optimization is proposed that will reduce the amount of transport between the production machines. The effect of two factors that influence the possibilities for reductions is shown in a simulation, using the proposed optimization scheme. These two factors are the redundancy of production steps in the grid and the
DOCUMENT
As electric loads in residential areas increase as a result of developments in the areas of electric vehicles, heat pumps and solar panels, among others, it is becoming increasingly likely that problems will develop in the electricity distribution grid. This research will analyse different solutions to such problems to determine Using a model developed as part of this project, we will simulate various cases to determine under which circumstances load balancing at a community-level is more (cost) effective than alternative solutions (e.g. grid reinforcement and/or household batteries).
Wat is de mogelijke rol van lokale duurzame energiesystemen en –initiatieven in de overgang naar een duurzame samenleving? En hoe kunnen op lokale toepassing gerichte innovaties worden ontwikkeld en toegepast op een zodanige manier dat deze bij lokale systemen en initiatieven aansluiten?Deze vragen staan centraal in dit onderzoeksproject dat zich richt op innovaties die rekening houden met een grotere rol van burgers bij een duurzame energievoorziening. Het project behelst echter meer dan het verrichten van onderzoek. Het beoogt bouwstenen te leveren voor een duurzame samenleving waarin meer ruimte is voor lokale (burger)initiatieven. We stellen drie deelprojecten voor:1. een vergelijkende studie naar energiecoöperaties en vergelijkbare innovatieve initiatieven, binnen en buiten Nederland, in heden en verleden. Daarbij hopen we lering te kunnen trekken uit de succesvolle ervaringen in Denemarken en Oostenrijk en van innovaties door coöperatiesen collectieven in het verleden.2. een analyse van energie-innovaties die beogen aan te sluiten bij lokale energiesystemen. Concreet zal het onderzoek zich richten op speciale batterijen, ontwikkeld dor het bedrijf Dr.Ten, en een soort slimme grote zoneboiler, ontwikkeld door het gelijknamige bedrijf Ecovat.3. De ontwikkeling van drie scenario’s, gebaseerd op inzichten uit studies 1 en 2. De scenario’s zullen bijvoorbeeld inhoudelijk verschillen in de mate waarin deze geïntegreerd zijn in bestaande energiesystemen. Deze zullen worden ontwikkeld en besproken met relevante stakeholders.Het onderzoek moet leiden tot een nauwkeurig overzicht van de mate van interesse en betrokkenheid van stakeholders en van de beperkingen en mogelijkheden van lokale energiesystemen en daarbij betrokken technologie. Ook leidt het tot een routemap voor duurzame energiesystemen op lokaal niveau. Het project heeft een technisch aspect, onderzoek naar verfijning en ontwikkeling van de technologie en een sociaal en normatief aspect, studies naar aansluitingsmogelijkheden bij de wensen en mogelijkheden van burgers, instanties en bedrijven in Noord-Nederland. Bovenal is het integratief en ontwerpend van karakter.This research proposal will explore new socio- technical configurations of local community-based sustainable energy systems. Energy collectives successfully combine technological and societal innovations, developing new business and organization models. A better understanding of their dynamics and needs will contribute to their continued success and thereby contribute to fulfilling the Top Sector’s Agenda. This work will also enhance the knowledge position of the Netherlands on this topic. Currently, over 500 local energy collectives are active in The Netherlands, many of them aim to produce their own sustainable energy, with thousands more in Europe. These collectives search for a new more local-based ways of organizing a sustainable society, including more direct democratic decision-making and influence on local living environment. The development of the collectives is enabled by openings in policy but –evenly important - by innovations in local energy production technologies (solar panels, windmills, biogas installations). Their future role in the sustainable energy transition can be strengthened by careful aligning new organizational and technological innovations in local energy production, storage and smart micro-grids.
The integration of renewable energy resources, controllable devices and energy storage into electricity distribution grids requires Decentralized Energy Management to ensure a stable distribution process. This demands the full integration of information and communication technology into the control of distribution grids. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) is used to communicate measurements and commands between individual components and the control server. In the future this control is especially needed at medium voltage and probably also at the low voltage. This leads to an increased connectivity and thereby makes the system more vulnerable to cyber-attacks. According to the research agenda NCSRA III, the energy domain is becoming a prime target for cyber-attacks, e.g., abusing control protocol vulnerabilities. Detection of such attacks in SCADA networks is challenging when only relying on existing network Intrusion Detection Systems (IDSs). Although these systems were designed specifically for SCADA, they do not necessarily detect malicious control commands sent in legitimate format. However, analyzing each command in the context of the physical system has the potential to reveal certain inconsistencies. We propose to use dedicated intrusion detection mechanisms, which are fundamentally different from existing techniques used in the Internet. Up to now distribution grids are monitored and controlled centrally, whereby measurements are taken at field stations and send to the control room, which then issues commands back to actuators. In future smart grids, communication with and remote control of field stations is required. Attackers, who gain access to the corresponding communication links to substations can intercept and even exchange commands, which would not be detected by central security mechanisms. We argue that centralized SCADA systems should be enhanced by a distributed intrusion-detection approach to meet the new security challenges. Recently, as a first step a process-aware monitoring approach has been proposed as an additional layer that can be applied directly at Remote Terminal Units (RTUs). However, this allows purely local consistency checks. Instead, we propose a distributed and integrated approach for process-aware monitoring, which includes knowledge about the grid topology and measurements from neighboring RTUs to detect malicious incoming commands. The proposed approach requires a near real-time model of the relevant physical process, direct and secure communication between adjacent RTUs, and synchronized sensor measurements in trustable real-time, labeled with accurate global time-stamps. We investigate, to which extend the grid topology can be integrated into the IDS, while maintaining near real-time performance. Based on topology information and efficient solving of power flow equation we aim to detect e.g. non-consistent voltage drops or the occurrence of over/under-voltage and -current. By this, centrally requested switching commands and transformer tap change commands can be checked on consistency and safety based on the current state of the physical system. The developed concepts are not only relevant to increase the security of the distribution grids but are also crucial to deal with future developments like e.g. the safe integration of microgrids in the distribution networks or the operation of decentralized heat or biogas networks.
Lectorate, part of NHL Stenden Hogeschool
