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Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse visent à explorer de nouvelles pistes d’amélioration de la flexibilité, de la sécurité et de la performance des systèmes de production en introduisant les technologies infotroniques dans leur système de pilotage. Cela s’inscrit dans la continuité des travaux sur le modèle PROSIS (Product, Resource, Order and Simulation Isoarchic System). La première piste concerne l’usage de la technologie RFID pour assurer l’intégrité du système d’information et de décision vis-à-vis de l’état matériel du système de production. Pour cela, un tag RFID est associé à la partie matérielle de chaque holon (M_holon), et permet d’assurer la synchronisation avec la partie informationnelle et décisionnelle associée (I_holon). La seconde piste gravite autour du concept d’intelligence ambiante. Les différents traitements de l’information à effectuer par les différents I_holons leurs sont proposés sous la forme de services disponibles en libre accès, en fonction de leurs besoins, par des unités informatiques de soutien. La dernière piste est relative à l’interconnexion entre les activités de production proprement dites et les fonctions support de transitique. Un système de transitique Montrac comprenant des navettes autonomes a été intégré au Holonic Manufacturing Execution System développé dans l’équipe, en utilisant les principes de PROSIS. Les démonstrateurs de ces 3 facettes d’un tel système de pilotage ont été implémentés et validés dans le cadre d'une plateforme de production. Cela a également permis de valider la performance de l’approche vis-à-vis de différents benchmarks issus de la littérature. / The work done during this thesis aims to explore new ways to improve the manufacturing systems flexibility, safety and performances, introducing infotronic technologies into their control systems. This follows some previous work on the PROSIS (Product, Resource, Order and Simulation Isoarchic System) control model. The first way is about the use of RFID technology to ensure the integrity of the information and decision system, regarding the physical state of the manufacturing system. For that, a RFID tag is associated with the material part of each holon (M_holon), and this ensures the synchronisation wi the informational and decisional part (I_holon). The second way is the use of the ambiant intelligence concept. The I_holon has various information processing tasks to do during his lifetime. The tools to do these tasks are proposed to them in the form of services, freely available, and hosted by specialised support entities. The third way of improvement is related to the interconnexion of the actual product processing activities and the internal logistics functions. A Montrac transitic system, including autonomous shuttles, has been integrated in the Holonic Manufacturing Execution System developped during this thesis using the PROSIS principles. These ways of improvement has been implemented in demonstrators to validate their viability in a real small-size workshop. This has allows the comparison of the PROSIS approach with others, using the results of academic benchmarks.

A capacidade de reconfiguração de sistemas de manufatura tem sido procurada pelas empresas para assegurar características de agilidade, eficiência e exibilidade para atender as mudanças de tipo/quantidade de produtos, processos, recursos e, além disso, para assegurar a devida reação à ocorrência de falhas. Por outro lado, a Indústria 4.0\" impõe novos desafios para os sistemas de controle, tais como a integração de tecnologias de interação entre homem e máquina em cadeias de valor compondo uma rede de plantas industriais geograficamente dispersas. O controle de sistemas reconfiguráveis de manufatura deve considerar: (i) funcionalidades de sistemas distribuídos e dispersos, tais como agilidade de resposta às mudanças, autonomia e colaboração entre os componentes para alcançar os objetivos do sistema de forma conjunta; (ii) interfaces para sua interoperabilidade e portabilidade; (iii) modularização para facilitar a manutenção, expansão e atualização do sistema, evitando a sobreposição de escopos; e (iv) mecanismos de controle para supervisionar as ações e interações dos componentes, o diagnóstico e a tomada de decisão. O pleno atendimento a estes requisitos não é trivial e formalismos para o desenvolvimento de soluções devem ser adotados. Uma solução é combinar técnicas voltadas para sistema multiagente e holon com arquitetura orientada a serviço através de uma adequada técnica de modelagem usando extensões de rede de Petri: Production Flow Schema e Input Output Place Transition. Portanto, este trabalho prop~oe uma arquitetura de controle e o método de modelagem de seus componentes para sistemas reconfiguráveis de manufatura combinando estas técnicas e considerando os aspectos de personalização, convertibilidade, escalabilidade, modularidade, integrabilidade, diagnosticabilidade, interoperabilidade e colaboração entre os componentes do sistema de controle, inclusive do homem. Um exemplo de aplicação é apresentado para demonstrar a viabilidade da proposta e comprovar os resultados alcançados. / The reconfiguration ability of the manufacturing systems has been approached by companies to ensure agility, efficiency and exibility characteristics to address the changes of type/quantity of products, processes and resources and, furthermore, to ensure proper reaction to the fault occurrence. On the other hand, the\"Industry 4.0\" imposes new challenges for control systems, such as interaction between man and machine into value chains composing a network of geographically dispersed industrial plants. The control of reconfigurable manufacturing systems should consider: (i) functionalities requirements of distributed and disperse systems, such as responsiveness to changes, autonomy and collaboration among components to achieve the global system aim; (ii) interfaces for interoperability and portability; (iii) modularity to facilitate maintenance, expansion and upgrade of the system, avoiding the overlapping of scopes; and (iv) control mechanisms to supervise the actions and interactions among components, diagnosis and decision making. The compliance with these requirements is not trivial and formalisms to develop solutions must be adopted. A solution is combining techniques based on holonic and multi-agent system with service-oriented architecture through appropriate modeling using Petri net extensions: Production Flow Schema and Input Output Place Transition. Therefore, this paper proposes control architecture and a method to model components for reconfigurable manufacturing systems, combining these techniques and considering aspects of customization, convertibility, scalability, modularity, integrability, diagnosability, interoperability and collaboration among control system components, including humans. An application example is presented to demonstrate the feasibility of the proposal and verify the results.

Dans la mesure où un système est un ensemble d'éléments en interaction, la difficulté pour un ingénieur système est de guider l’architecture d'un modèle « total » du système en tant qu'ensemble de modèles « locaux » d’ingénieries interdisciplinaires en interaction. Les travaux présentés dans ce mémoire s’intéressent plus précisément à la nature heuristique, spécifiante et exécutable de cette relation « totale » de couplage afin de construire un modèle virtuel du système à faire. La perspective holonique retenue permet de considérer cette relation de couplage de façon descriptive du TOUT et prescriptive de chacune des PARTIES aussi bien en regard de la situation-système à percevoir que des constitutifs-système à architecturer. Ainsi, nous avons revisité cette relation en tant que processus itératif, récursif et collaboratif de co-spécification-système visant à supporter la requête de connaissances auprès de chacune des ingénieries spécialistes délivrant en retour les modèles constitutifs satisfaisant des exigences systèmes. Notre environnement de co-modélisation-système se compose alors d’un ensemble d’environnements élémentaires de modélisation de constituants-système, avec pour objectif de préserver les outils, méthodes et processus de travail de chacune des parties prenantes. La modélisation au niveau système s’appuie sur le langage de modélisation « SysML » pour architecturer l’ensemble des connaissances. La vérification et la validation système s’effectue par co-exécution de modèles autour d’un bus de co-simulation, y compris in-situ avec la plate-forme d’expérimentation CISPI du projet SAFETECH du CRAN constituant notre cas d’application / Insofar as a system is a set of interacting elements, the difficulty for a system engineer is to guide the whole model architecture of a system as a set of interdisciplinary engineering part models interacting. The works presented in this thesis are specifically interested in the heuristic, specifying and executable nature of this whole relationship coupling to design a virtual model of the system-of-interest. The holonic perspectives allows us to consider this coupling relationship as descriptive of a WHOLE (H) and prescriptive of each parts as well in regards to system situation to perceive, as system-elements to architect. In this sense, we revisit this relation as an iterative, recursive and collaborative process of system co-specification to the quest of knowledge with each specialist engineering delivering constitutive models satisfying basic requirements. Our system co-modelling environment is itself composed of a set of system-components modelling environment, with the stated objective to preserve tools, methods and works of each stakeholders in order to facilitate the expression of their skills. The modelling at a system level is based on the system modelling language (SysML) to architecture the set of knowledge. Verification and validation are performed by co-execution of models around a co-simulation bus, including CISPI platform of SAFETECH project of CRAN constituting our case study

A capacidade de reconfiguração de sistemas de manufatura tem sido procurada pelas empresas para assegurar características de agilidade, eficiência e exibilidade para atender as mudanças de tipo/quantidade de produtos, processos, recursos e, além disso, para assegurar a devida reação à ocorrência de falhas. Por outro lado, a Indústria 4.0\" impõe novos desafios para os sistemas de controle, tais como a integração de tecnologias de interação entre homem e máquina em cadeias de valor compondo uma rede de plantas industriais geograficamente dispersas. O controle de sistemas reconfiguráveis de manufatura deve considerar: (i) funcionalidades de sistemas distribuídos e dispersos, tais como agilidade de resposta às mudanças, autonomia e colaboração entre os componentes para alcançar os objetivos do sistema de forma conjunta; (ii) interfaces para sua interoperabilidade e portabilidade; (iii) modularização para facilitar a manutenção, expansão e atualização do sistema, evitando a sobreposição de escopos; e (iv) mecanismos de controle para supervisionar as ações e interações dos componentes, o diagnóstico e a tomada de decisão. O pleno atendimento a estes requisitos não é trivial e formalismos para o desenvolvimento de soluções devem ser adotados. Uma solução é combinar técnicas voltadas para sistema multiagente e holon com arquitetura orientada a serviço através de uma adequada técnica de modelagem usando extensões de rede de Petri: Production Flow Schema e Input Output Place Transition. Portanto, este trabalho prop~oe uma arquitetura de controle e o método de modelagem de seus componentes para sistemas reconfiguráveis de manufatura combinando estas técnicas e considerando os aspectos de personalização, convertibilidade, escalabilidade, modularidade, integrabilidade, diagnosticabilidade, interoperabilidade e colaboração entre os componentes do sistema de controle, inclusive do homem. Um exemplo de aplicação é apresentado para demonstrar a viabilidade da proposta e comprovar os resultados alcançados. / The reconfiguration ability of the manufacturing systems has been approached by companies to ensure agility, efficiency and exibility characteristics to address the changes of type/quantity of products, processes and resources and, furthermore, to ensure proper reaction to the fault occurrence. On the other hand, the\"Industry 4.0\" imposes new challenges for control systems, such as interaction between man and machine into value chains composing a network of geographically dispersed industrial plants. The control of reconfigurable manufacturing systems should consider: (i) functionalities requirements of distributed and disperse systems, such as responsiveness to changes, autonomy and collaboration among components to achieve the global system aim; (ii) interfaces for interoperability and portability; (iii) modularity to facilitate maintenance, expansion and upgrade of the system, avoiding the overlapping of scopes; and (iv) control mechanisms to supervise the actions and interactions among components, diagnosis and decision making. The compliance with these requirements is not trivial and formalisms to develop solutions must be adopted. A solution is combining techniques based on holonic and multi-agent system with service-oriented architecture through appropriate modeling using Petri net extensions: Production Flow Schema and Input Output Place Transition. Therefore, this paper proposes control architecture and a method to model components for reconfigurable manufacturing systems, combining these techniques and considering aspects of customization, convertibility, scalability, modularity, integrability, diagnosability, interoperability and collaboration among control system components, including humans. An application example is presented to demonstrate the feasibility of the proposal and verify the results.

Sistemas de controle de edifícios inteligentes têm evoluído consideravelmente e a sua confiabilidade também tem melhorado. Mesmo assim, falhas são inevitáveis em sistemas concebidos, construídos e operados pelo homem e uma abordagem alternativa envolve a minimização das conseqüências das falhas. Isto é possível através da reconfiguração do sistema que se faz realocando funções de controle e escolhendo outras formas de interação entre os processos. Apesar disso, na literatura ainda não existe muito material que trate da modelagem de processos em que desde a sua concepção as falhas são consideradas. Assim, propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um procedimento para a modelagem de sistemas de controle considerando além das especificações funcionais, em situação normal, a ocorrência de falhas. Em função da base teórica existente e ferramentas disponíveis a abordagem proposta adota o conceito de sistemas a eventos discretos, holon e a técnica de rede de Petri e suas extensões para descrever a estrutura e o funcionamento deste sistema de controle. Um exemplo de aplicação é aqui apresentado para ilustrar as principais características deste procedimento. / Control systems of intelligent buildings have evolved and its reliability has evidently improved. However, faults are inevitable in systems conceived, constructed and operated by humans and an alternative approach is the minimization of the faults consequences. This is possible through the reconfiguration of the system, i.e., re-allocating control functions and choosing other forms of interaction between the processes. Despite this, there are few publications that deal with the modeling of processes where since its conception the faults are considered. Thus, this work proposes the development of a procedure for the modeling of control systems considering beyond the functional specifications in normal situation, the occurrence of faults. Based on the existing theoretical base and available tools the proposal adopts the concept of discrete event system, holon and Petri net technique with its extensions to describe the structure and the operation of these control systems. An application example is here presented to illustrate the principal characteristics of this proceeding.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SamaherniMD_TESE.pdf: 1906280 bytes, checksum: 4c045dfdea855b9b5837f362598733e7 (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / This thesis presents a new structure of robust adaptive controller applied to mobile robots (surface mobile robot) with nonholonomic constraints. It acts in the dynamics and kinematics of the robot, and it is split in two distinct parts. The first part controls the robot dynamics, using variable structure model reference adaptive controllers. The second part controls the robot kinematics, using a position controller, whose objective is to make the robot to reach any point in the cartesian plan. The kinematic controller is based only on information about the robot configuration. A decoupling method is adopted to transform the linear model of the mobile robot, a multiple-input multiple-output system, into two decoupled single-input single-output systems, thus reducing the complexity of designing the controller for the mobile robot. After that, a variable structure model reference adaptive controller is applied to each one of the resulting systems. One of such controllers will be responsible for the robot position and the other for the leading angle, using reference signals generated by the position controller. To validate the proposed structure, some simulated and experimental results using differential drive mobile robots of a robot soccer kit are presented. The simulator uses the main characteristics of real physical system as noise and non-linearities such as deadzone and saturation. The experimental results were obtained through an C++ program applied to the robot soccer kit of Microrobot team at the LACI/UFRN. The simulated and experimental results are presented and discussed at the end of the text / Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma nova estrutura de controlador adaptativo robusto aplicado a sistemas rob?ticos m?veis com rodas (rob? m?vel de superf?cie) e restri??es n?o-holon?micas de movimento. Este controlador atua tanto na din?mica como na cinem?tica do rob?, e pode ser dividido em duas partes distintas. A primeira parte controla a din?mica, atrav?s da utiliza??o de controladores adaptativos por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel. A segunda parte controla a cinem?tica do rob? atrav?s de um controlador de posi??o, cujo objetivo ? fazer com que o rob? seja capaz de atingir um ponto qualquer no plano cartesiano, sendo que este controlador cinem?tico ? baseado apenas em informa??es da configura??o do rob?. O trabalho aplica um m?todo de desacoplamento para transformar o modelo linear do rob? m?vel, que ? um sistema com m?ltiplas entradas e m?ltiplas sa?das, em dois sistemas desacoplados com apenas uma entrada e uma sa?da cada um, para reduzir a complexidade do projeto do controlador. Em seguida, aplica-se um controlador adaptativo por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel a cada um dos sistemas resultantes. Um controlador ser? respons?vel pelo posicionamento e o outro pela orienta??o do rob?, sendo que estes controladores utilizam como refer?ncias sinais provenientes do controlador cinem?tico de posi??o. Para comprovar o funcionamento da estrutura proposta, obteve-se resultados simulados e experimentais para o rob? m?vel com acionamento diferencial de um kit de futebol de rob?s. O simulador possui as principais caracter?sticas do sistema f?sico real, dentre as quais podem-se destacar os ru?dos de entradas e as n?o-linearidades como zona morta e satura??o. Os resultados experimentais foram obtidos atrav?s de um programa desenvolvido em C++ e aplicado a um kit de futebol de rob?s da empresa Microrobot no Laborat?rio de Acionamento, Controle e Instrumenta??o da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (LACI/UFRN). Os resultados simulados e experimentais s?o apresentados e discutidos ao final da tese

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiogoPFP.pdf: 929475 bytes, checksum: cfb18a5bf43c92f6830aa123446e6f33 (MD5) Previous issue date: 2001-08-31 / The main task and one of the major mobile robotics problems is its navigation process. Conceptualy, this process means drive the robot from an initial position and orientation to a goal position and orientation, along an admissible path respecting the temporal and velocity constraints. This task must be accomplished by some subtasks like robot localization in the workspace, admissible path planning, trajectory generation and motion control. Moreover, autonomous wheeled mobile robots have kinematics constraints, also called nonholonomic constraints, that impose the robot can not move everywhere freely in its workspace, reducing the number of feasible paths between two distinct positions. This work mainly approaches the path planning and trajectory generation problems applied to wheeled mobile robots acting on a robot soccer environment. The major dificulty in this process is to find a smooth function that respects the imposed robot kinematic constraints. This work proposes a path generation strategy based on parametric polynomials of third degree for the 'x' and 'y' axis. The 'theta' orientation is derived from the 'y' and 'x' relations in such a way that the generated path respects the kinematic constraint. To execute the trajectory, this work also shows a simple control strategy acting on the robot linear and angular velocities / Um dos maiores problemas em rob?tica m?vel diz respeito ? sua navega??o. Conceitualmente, o ato de navegar em rob?tica consiste em guiar um rob? em um espa?o de trabalho durante um determinado intervalo de tempo, por um caminho que possa ser percorrido e que leve o rob? de uma posi??o e orienta??o iniciais para uma posi??o e orienta??o finais. Esta ? a principal tarefa que um rob? m?vel deve executar. Ela implica em subproblemas que s?o a localiza??o do rob? no espa?o de trabalho, o planejamento de um caminho admiss?vel, a gera??o de uma trajet?ria e, por fim, a sua execu??o. Al?m disso, rob?s m?veis aut?nomos com rodas possuem restri??es cinem?ticas, chamadas tamb?m de restri??es n?o-holon?micas, que fazem com que o rob? n?o possa se mover livremente em seu espa?o de trabalho, limitando a quantidade de caminhos admiss?veis entre duas posi??es distintas. Este trabalho aborda principalmente os subproblemas do planejamento de caminho e gera??o de trajet?ria aplicado a minirrob?s m?veis com rodas que atuam em um projeto de futebol de rob?s. O maior desafio para a navega??o destes ve?culos ? determinar uma fun??o cont?nua que respeite suas restri??es cinem?ticas e evolua no tempo segundo as restri??es impostas pelo problema quanto ? posi??o e orienta??o iniciais e finais e quanto ? velocidade do movimento. Prop?e-se uma estrat?gia de gera??o de caminho baseada em polin?mios param?tricos de terceiro grau em 'x' e 'y'. A orienta??o 'theta' do minirrob? ? obtida da rela??o entre 'y' e 'x' de modo que os caminhos gerados respeitem a restri??o cinem?tica imposta. Para que a trajet?ria seja executada e os resultados experimentais validados ? apresentada uma estrat?gia simples de controle que atua sobre as velocidades linear e angular desenvolvidas pelo rob? m?vel

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-08-01T15:43:01Z No. of bitstreams: 1 RafaelCardosoPereira_DISSERT.pdf: 1817897 bytes, checksum: 903100b393275d014c5095608b4e8e81 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-08-09T13:54:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RafaelCardosoPereira_DISSERT.pdf: 1817897 bytes, checksum: 903100b393275d014c5095608b4e8e81 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelCardosoPereira_DISSERT.pdf: 1817897 bytes, checksum: 903100b393275d014c5095608b4e8e81 (MD5) Previous issue date: 2017-06-21 / A habilidade de seguir ou de se mover acompanhando uma pessoa ou um objeto especificado, capaz de se deslocar, ? uma per?cia necess?ria em diversos agentes aut?nomos. Tais agentes s?o amplamente utilizados para realizar v?rias tarefas presentes no cotidiano, podendo ser aplicados tanto em tarefas corriqueiras, como em carrinhos de supermercado ou limpeza de ambientes, quanto ?s tarefas de mais alto risco, como em grandes ind?strias ou carros aut?nomos. A ideia apresentada aqui ? a de desenvolver um m?todo de rastreamento e persegui??o de alvo aplic?vel ? rob?s m?veis terrestres com rodas que possuem restri??es em sua movimenta??o, que fazem com que t?cnicas de controle padr?o nem sempre possam ser aplicadas. O trabalho desenvolvido aqui tamb?m leva em considera??o a utiliza??o de uma t?cnica de detec??o de alvo que possa se tornar adapt?vel a praticamente qualquer tipo de alvo estipulado pelo projetista de acordo com as necessidades de sua aplica??o. O desenvolvimento dos m?todos propostos foram realizados agregando t?cnicas de reconhecimento de padr?es utilizados em c?meras de padr?o RGB comuns, t?cnicas de estimativa de posi??o e orienta??o e algoritmos de controle inteligentes, que possuem baixo custo computacional, aplic?veis a rob?s com restri??es de movimenta??o. / The ability to follow or move along with a specified moving person or object, is a necessary skill in several autonomous agents. Such agents are widely used to perform various tasks in everyday life, and they can be applied either in everyday tasks, such as in supermarket carts or cleaning environments, as well in high-risk tasks like large industries or autonomous cars. The idea presented here is to develop a target tracking and following method applicable to mobile wheeled land robots that have restrictions on their movement, which means that standard control techniques cannot always be applied. The work developed here also takes into account the use of a target detection technique that can be adapted to practically any type of target stipulated by the designer according to the needs of its application. The development of the proposed methods is accomplished by adding standard recognition techniques used in common RGB type cameras, position estimation and orientation techniques, and intelligent control algorithms, with a low computational cost, applicable to robots with movement restrictions.

Sistemas de controle de edifícios inteligentes têm evoluído consideravelmente e a sua confiabilidade também tem melhorado. Mesmo assim, falhas são inevitáveis em sistemas concebidos, construídos e operados pelo homem e uma abordagem alternativa envolve a minimização das conseqüências das falhas. Isto é possível através da reconfiguração do sistema que se faz realocando funções de controle e escolhendo outras formas de interação entre os processos. Apesar disso, na literatura ainda não existe muito material que trate da modelagem de processos em que desde a sua concepção as falhas são consideradas. Assim, propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um procedimento para a modelagem de sistemas de controle considerando além das especificações funcionais, em situação normal, a ocorrência de falhas. Em função da base teórica existente e ferramentas disponíveis a abordagem proposta adota o conceito de sistemas a eventos discretos, holon e a técnica de rede de Petri e suas extensões para descrever a estrutura e o funcionamento deste sistema de controle. Um exemplo de aplicação é aqui apresentado para ilustrar as principais características deste procedimento. / Control systems of intelligent buildings have evolved and its reliability has evidently improved. However, faults are inevitable in systems conceived, constructed and operated by humans and an alternative approach is the minimization of the faults consequences. This is possible through the reconfiguration of the system, i.e., re-allocating control functions and choosing other forms of interaction between the processes. Despite this, there are few publications that deal with the modeling of processes where since its conception the faults are considered. Thus, this work proposes the development of a procedure for the modeling of control systems considering beyond the functional specifications in normal situation, the occurrence of faults. Based on the existing theoretical base and available tools the proposal adopts the concept of discrete event system, holon and Petri net technique with its extensions to describe the structure and the operation of these control systems. An application example is here presented to illustrate the principal characteristics of this proceeding.