ijk Sistemas Multi-Robot Descripción del sistema Multi-robot Configuraciones Básicas Nombre

Transcripción

1 Sistemas Multi-Robot Sistemas Multi-Robot Sistema formado por dos o más robots que comparten un espacio de trabajo común. ortesía de Renault - Valladolid ETSII - Universidad de Valladolid élula de Mecanizado del árter Kxx FASA-Renault, Factoría de Motores -Valladolid élula de Ensamblado epartamento de Ingeniería de Sistemas y Automática 2 escripción del sistema Multi-robot escripción del sistema Multi-robot 0 3 ROBOTS. 0 4 ÁREAS E TRABAJO. 0 Representativo de la complejidad de situaciones que pueden plantearse y que permiten que la metodología y resultados sean válidos y puedan aplicarse a otros sistemas. 0 El estudio es válido independientemente del control y planificación de Proyección de volúmenes de trabajo tareasqueseemplee. 3 4 escripción del sistema Multi-robot onfiguraciones Básicas Versatilidad omenclatura ijk 5 i representa el número de robots operativos, i {, 2, 3}. j representa el número de plataformas operativas, j {,2,3,4}. k representa la particularidad asociada a las configuraciones ij en las que existen dos alternativas. k {, a,b} La distinción entre a y b hace referencia a si la configuración ij incluye más o menos plataformas operativas comunes a los robots. 6

2 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas onfiguración ROBOT PLATAFORMA onfiguración 34 3 ROBOTS 4 PLATAFORMAS 7 8 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas úmero de PLATAFORMAS onfiguración 23a 2 ROBOTS 3 PLATAFORMAS (2 comunes) onfiguración 23b 2 ROBOTS 3 PLATAFORMAS ( común) 9 úmero de ROBOTS 0 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas 34 33a 33b 2

3 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas 32a 32b onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas 24 23a 23b 5 6 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas 22a 22b 2 7 8

4 onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas onfiguraciones Básicas 34 33b cambio de configuración mediante adición o eliminación de un recurso (plataforma o robot). 32b 22b 2 Se puede añadir o eliminar más de un recurso simultáneamente onfiguraciones Básicas Tareas y subtareas 34 cambio de configuración mediante adición o eliminación de un recurso (plataforma o robot). Operación: Actividad atómica realizada por un robot sobre un producto situado en una plataforma. 23a Tarea: onjunto de operaciones que ejecutan los robots y son necesarias para obtener un producto acabado en el Sistema Multi-robot. Se puede añadir o eliminar más de un recurso simultáneamente

5 { ombre Tareas y subtareas Subtarea: Una tarea puede dividirse en subtareas agrupando operaciones atómicas. ada subtarea será asignada a cualquier robot que tenga acceso a la plataforma que alberga el producto. Modos de Funcionamiento Modo de funcionamiento: Forma en que las subtareas que constituyen una tarea pueden ser ejecutadas por los robots : Subtarea única (no división de tarea) on un orden de precedencia (en serie) Sin restricciones de precedencia (en paralelo) on restricción parcial de precedencia (segmentadas en serie-paralelo) Modos de Funcionamiento Modo segmentado en serie-paralelo o pipeline Subtareas segmentadas en serie-paralelo ada subtarea se divide en dos partes : PARTE PREPARATORIA En las partes preparatorias no existe interferencia entre los robots (cambio de útiles, acceso a elementos de ensamblaje, etc.), y son necesarias para la realización de las partes directas sobre el producto. Las partes directas O pueden realizarse en paralelo. Se considera una restricción de precedencia. Robot {,2,3} PARTE IRETA Robot Robot Y,Y {,2,3} Y 27 PARTES PREPARATORIAS PARTES IRETAS 28 Modo segmentado en serie-paralelo o pipeline Se llama muerto al que transcurre entre el final de la parte preparatoria y el inicio de la directa. Es un bloqueo que puede sufrir un robot debido a que otro no ha finalizado la parte directa precedente. Subtarea única. Modos de Funcionamiento Subtareas secuenciales en serie. Subtareas segmentadas en serie-paralelo. Subtareas en paralelo. Robot SUBTAREA Robot Y,Y {,2,3} Y TIEMPO MUERTO PARTES PREPARATORIAS PARTES IRETAS 29 Robot {,2,3} 30

6 Subtarea única. Modos de Funcionamiento Subtareas secuenciales en serie. Subtareas segmentadas en serie-paralelo. Subtareas en paralelo. Subtarea única. Modos de Funcionamiento Subtareas secuenciales en serie. Subtareas segmentadas en serie-paralelo. Subtareas en paralelo. SUBTAREAS Robot SUBTAREAS Robot {,2,3} Robot Y,Y {,2,3} Y 3 32 Subtarea única. Modos de Funcionamiento Subtareas secuenciales en serie. Subtareas segmentadas en serie-paralelo. Subtareas en paralelo. PARTES PREPARATORIAS Subtarea única. Modos de Funcionamiento Subtareas secuenciales en serie. Subtareas segmentadas en serie-paralelo. Subtareas en paralelo. Robot PARTES IRETAS Robot SUBTAREAS Robot Y,Y {,2,3} Y Robot Y,Y {,2,3} Y omenclatura: Modos de Funcionamiento ijkl l representa la división o no de la tarea asociada a las plataformas de acceso exclusivo en subtareas. l {, a,b}. 23a Metodología 0 Modelado del SMR mediante redes de Petri. onfiguraciones básicas y modos de funcionamiento. Modelo del ciclo de producción en plataforma (pieza). Modelo del ciclo de recurso (robot). 0 Ampliación de los modelos incluyendo aspectos: Mantenimiento. Fallos en los recursos (robots). La distinción entre a y b hace referencia a si en la configuración ijk se considera subtarea única o división en subtareas en la plataforma exclusiva. 23aa subtarea única 23ab subtareas 35 0 Verificación de la vivacidad y la limitación mediante invariantes de disparo y de marcado: Vivacidad: ausencia de bloqueos. Limitación: número de estados limitado. 36

7 Interpretación Actividades o recursos iclo de producción en plataforma (pieza) escarga () arga () en bruto Eventos: inicios y finales de las actividades Ejecución () Subtarea Inicio (I) iclo de recurso (robot) Subtarea Ejecución () Inicio (I) en bruto Subtarea I Robot libre RobotPlataforma Robot libre Subtarea ÚIA Subtarea ÚIA P2 en bruto a Subtarea a I a P R3 R P3 b Subtarea b I b P4 2 Robots Plataforma a, b {,2,3}; a b 4 2 Robots 4 Plataformas 42

8 Subtareas en SERIE T Subtareas s a Subtarea a I a Subtareas pendientes Subtareas en SERIE P R3 P2 R P3 b Subtarea b I b 2 Robots Plataforma a, b {,2,3}; a b 43 2 Robots 3 Plataformas (23b) 44 Subtareas en PARALELO T Subtareas s a Subtarea a I a Subtareas pendientes Subtareas en PARALELO R3 P2 R P3 b Subtarea b I b P4 2 Robots Plataforma a, b {,2,3}; a b 45 2 Robots 3 Plataformas (23a) 46 Subtareas SEGMETAAS Robot a Robot b A B PARTES PREPARATORIAS PARTES IRETAS Subtareas SEGMETAAS: ARGA/ESARGA Subtareas pendientes A Inicial B Primera subtarea I a I b Plataforma libre Plataforma ocupada 2 Robots Plataforma a, b {,2,3}; a b a, b {,2,3}; a b

9 Subtareas SEGMETAAS: SUBTAREA A Subtareas SEGMETAAS: PARTES PREPARATORIAS A A B Inicio A a Inicio A b Parte Preparatoria b B Parte Preparatoria a I a Final A a Final A b A a A b I b Inicio A a Inicio A b Inicio B a Inicio B b Sincronización a Sincronización b a, b {,2,3}; a b Parte irecta a Final a Parte irecta b Final b 49 a, b {,2,3}; a b B A a A b B a B b Turno A Turno B Final Final A a Final A b Final B a b 50 Subtareas SEGMETAAS: PARTES IRETAS Subtareas SEGMETAAS A B A a A b B a B b P2 P R3 R P3 Sinc. A a Sinc. A b Sinc. B a Sinc. B b a b Turno a b Turno Final a Final b Final a Final b Final A Final B P4 a, b {,2,3}; a b 5 2 Robots 4 Plataformas 52 Mantenimiento y Fallos Se ha incluido en los modelos la influencia de fallos y mantenimiento sobre los robots. Estudio más realista del SMR. Mantenimiento Mantenimiento onjunto de acciones que permiten mantener o restablecer un bien en un estado específico o para asegurar un servicio determinado [Bouc99]. Mantenimiento Preventivo Intervenciones (reparación, ajuste o sustitución) efectuadas con intención de reducir la probabilidad de fallo [Bouc99]. 53 Operaciones periódicas en los robots que puede incluir limpieza, lubricación (ejes cojinetes, rodamientos y otras partes de contacto) y comprobación rutinaria del estados de las partes móviles, de los sistemas de alimentación y de comunicaciones. 54

10 Fallos Mantenimiento y Fallos Fallo Funcionamiento incorrecto, insuficiente, inadecuado o insatisfactorio. Se produce un fallo cuando el sistema no actúa de acuerdo con las especificaciones. Tipos de Fallos (según su gravedad y la forma de actuar ante los fallos) Fallo Soft poca gravedad y se puede concluir la subtarea (Por ejemplo, calentamiento de la herramienta o del líquido de engrase). Fallo Hard grave y se debe detener inmediatamente la subtarea (Por ejemplo, rotura de la herramienta, corte del suministro eléctrico o disparo de la protección eléctrica de un motor). 55 RobotPlataforma 56 Turnos Mantenimiento Turno R Turno R2 Turno R3 iclo de Mantenimiento Espera mantenimiento Mantenimiento τ mantenimiento Turno R x tr x mantenimiento tr tr2 tr3 Robot x a mantenimiento MR MR2 MR3 mr x Robot x en mantenimiento Robot x libre 57 Mantenimiento de Robot x x {,2,3} 58 iclo de Fallo Soft Fallos Soft iclo de Fallo Hard Fallos Hard Robot x sin fallo en bruto Robot x sin fallo en bruto Reparación Robot x en reparación FR x Robot x I Plataforma libre Subtarea Reparación FR x Robot x I Plataforma libre Subtarea Inicio reparación Robot x en fallo soft Robot x en reparación x {,2,3} 59 x {,2,3} 60

11 Actividades básicas Actividades básicas argadelaplataformaj ( j ) Incluye el transporte desde fuera del sistema de la pieza correspondiente hasta el SMR y su presentación en la plataforma. escarga de la plataforma j ( j ) Incluye las operaciones necesarias para dejar la pataforma preparada para recibir una nueva pieza. Subtarea I Robot libre en bruto Inicio de tarea en la plataforma j por el robot i (I ij ) Incluye el consumido asociado a toma de decisiones, comunicaciones, cambio de herramientas y/o componentes, etc, necesarios para el desarrollo de la tarea. Inmediato o temporizado. Ejecución de subtarea en la plataforma j por el robot i ( ( ij ) Subtarea I Robot libre en bruto 6 62 Tiempo de ciclo de producción sobre una plataforma j por un robot i (T (T ij ) Subtarea T = + I + + I ij en bruto j ij i j ij {, 2, 3 } {, 2, 3, 4 } j Factor de ocupación asociado a la plataforma j y al robot i ( ij ) Indice que relaciona la interacción de los robots con el sistema de manutención de piezas Subtarea I en bruto ij = j + I ij i j ij + ij + {, 2, 3 } {, 2, 3, 4 } j Robot libre 63 Robot libre 64 Funciones Objetivo Subtarea I Rendimiento o tasa de producción en bruto El rendimiento de la plataforma i coincide con la frecuencia de disparo de su transición de descarga, η = f i i = wγ i j j: M j A i η = 4 η i i= Resultados del análisis Robot libre Utilización de robot σ = prob( Robot libre = ) σ = 3 σ j j= 65 66

12 Influencia de la duración de las subtareas. Influencia del número de subtareas. Influencia de los modos de funcionamiento, configuraciones, grado de interferencia y mantenimiento y fallos. Influencia de la duración de las subtareas Influencia de la duración de subtareas Influencia de la duración de subtareas 0 La tarea completa se divide en subtareas de igual y/o distinta duración. 0 aso presentado: 0 onfiguración formada por 2 robots y 3 plataformas, una común (23b). Modo de funcionamiento serie. 69 Robots: b, c {,2,3}; b c a = número de subtareas en serie a i = duración de la subtarea i Robot c Subtarea... a Subtarea = en bruto a i i= 70 Influencia de la duración de subtareas Robot c Influencia de la duración de subtareas a Subtarea Resultado: Subtareas s = número de subtareas en paralelo a i = duración de la subtarea i Robots: b, c {,2,3}; b c a... Subtarea = a i i= 7 Para una duración dada de una tarea,, dividida en subtareas, el rendimiento máximo se produce cuando la duración está equilibrada: /. 72

13 Influencia de la duración de subtareas Influencia de la duración de subtareas a 2 6 η Robots y 3 Plataformas (una común) (23b) 0 Modo SERIE 0 = Robots y 3 Plataformas (una común) (23b) 0 Modo SERIE 0 = =a +a 2 +a =a +a 2 +a a a a Influencia del número de subtareas ()( Influencia del número de subtareas ()( 0 La tarea completa se divide en subtareas de igual duración. 0 asos presentados: (modos segmentado y paralelo) 0 onfiguración formada por 2 robots y plataforma (2). 0 onfiguración formada por 2 robots y 2 plataformas comunes (22a) Influencia del número de subtareas ()( η onfiguración formada por 2 Robots y Plataforma 0.6 Resultado: Para una duración dada de una tarea,, dividida en subtareas iguales, el rendimiento máximo se produce para un valor de pequeño Beta=0.42 (pipeline) Beta=0.63 Beta=0.42 (paralelo) Beta=

14 η onfiguración 2 Robots y 2 Plataformas (comunes) Beta=0.42 (pipeline) Beta=0.63 Beta=0.42 (paralelo) Beta=0.63 Influencia de los según modos de funcionamiento, configuraciones, grado de interferencia y mantenimiento y fallos SUBTAREA SUBTAREA ÚIA (I=0) ÚIA (I>0) SERIE SEGMETAO PARALELO Modos de funcionamiento onfiguraciones Según los modos de funcionamiento Según las configuraciones Según el grado de interferencia on fallos y mantenimiento SUBTAREA ÚIA (I=0) Modos de funcionamiento Análisis según los modos de funcionamiento onfiguraciones 83 84

15 η 2.8 Modo subtarea única. Rendimientos totales.6 Modo de funcionamiento Subtarea ÚIA Tiempo de inicio ULO Rendimientos totales (η) en función del factor de ocupación () Robot η/ η Modo subtarea única. Rendimientos relativos 3.5 Modo de funcionamiento Subtarea ÚIA Tiempo de inicio ULO Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma(η/ η ) en función del factor de ocupación () Robot Modos de funcionamiento PARALELO onfiguraciones Modo de funcionamiento PARALELO úmero de subtareas () = 4 Rendimientos totales (η) en función del factor de ocupación () Robot Robot Y 89 90

16 η 2.8 Modo paralelo. Rendimientos totales Modo de funcionamiento PARALELO úmero de subtareas () = 4 Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma(η/ η ) en función del factor de ocupación () Robot Robot Y 92 η/ η 4.5 Modo paralelo. Rendimientos relativos Análisis de configuraciones Modos de funcionamiento 22a onfiguraciones onfiguración 2 ROBOTS y 2 PLATAFORMAS (OMUES) Rendimientos totales (η) en función del factor de ocupación () 95 96

17 2 Robots y 2 plataformas (comunes). Rendimientos totales η onfiguración 2 ROBOTS y 2 PLATAFORMAS (OMUES) Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma(η/η ) en función del factor de ocupación () η/ η 2 Robots y 2 plataformas (comunes). Rendimientos relativos 2.5 Modos de funcionamiento b onfiguraciones Robots y 2 plataformas (una exclusiva). Rendimientos relativos η/ η 22b.05 onfiguración 2 ROBOTS y 2 PLATAFORMAS (UA ELUSIVA) Modo SEGMETAO Rendimientos relativos a la configuración formada por 2 robots y 2 plataformas (una exclusiva) (η/η 22b ) en función del factor de ocupación () bb 22ba

18 2 Robots y 2 plataformas (una exclusiva). Rendimientos relativos.2 η/ η 22b. onfiguración 2 ROBOTS y 2 PLATAFORMAS (OMUES) Modo PARALELO Rendimientos relativos a la configuración formada por 2 robots y 2 plataformas (una exclusiva) (η/η 22b ) en función del factor de ocupación () Análisis con grado de interferencia Grado de interferencia (V) Parámetro dependiente de marcado. Interferencia entre robots en operaciones simultáneas sobre una plataforma. ( + V ) Si Subtareab = entonces a : sino T Subtareas s a Subtarea a V Subtarea b b I a I b Subtareas pendientes ( + V ) Si Subtareaa = entonces : b sino 2 Robots Plataforma Subtareas en paralelo a, b {,2,3}; a b Robots y 3 plataformas (una común). Rendimientos totales.5 η Grado de Interferencia (V) onfiguración 2 ROBOTS y 3 PLATAFORMAS (UA OMÚ) Modo PARALELO Grado de interferencia (V) Rendimientos totales (η) en función del factor de ocupación ()

19 η/ η 2 Robots y 3 plataformas (una común). Rendimientos relativos onfiguración 2 ROBOTS y 3 PLATAFORMAS (UA OMÚ) Modo PARALELO Grado de Interferencia (V) Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma(η/η ) en función del factor de ocupación () Grado de Interferencia (V) Mantenimiento y Fallos Análisis con fallos y mantenimiento onfiguración 2 ROBOTS y PLATAFORMA Mantenimiento y fallos en modo SERIE Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma(η/η ) en función del factor de ocupación () 2 η/ η Robots y plataforma. Rendimientos totales Mantenimiento y Fallos onfiguración 2 ROBOTS y PLATAFORMA Mantenimiento y fallos en modos SEGMETAO y PARALELO Rendimientos relativos a la configuración formada por robot y plataforma (η/η ) en función del factor de ocupación ()

20 .35 η/ η 2 Robots y plataforma. Rendimientos totales