Decentralized manufacturing control Implementation in a cyber-physical test field

Abstract

How can a decentralized manufacturing control concept be implemented and bring about success? To answer this question, a cyber-physical test field is under development at the University of Applied Sciences Hamburg, Germany. This article gives insight into the test field for decentral manufacturing control which can be represented as a “swimming pool” model. This analogy focuses on the freedom of the production orders to decentrally negotiate among each other on scarce resources such as the machines and the transport capacity. The transport means are automated guided vehicles (AGV) which allow the production orders to move freely within the limits of the pool, namely the production itself. Production orders should cross the pool from order release on the left side to order completion on the right side of the pool using the AGVs. Though, production orders may negotiate independently about the scarce machining capacities. Equipped with given customer priorities, a production order may want to bargain for a swimming lane with expensive but fast CNC machining capacity, while a different order may prefer a parallel swimming lane offering an inexpensive but slow conventional machining service. – Our research in this field has shown that a well-organized communication process between all entities in the system is crucial to implementing such a decentrally organized swimming pool model. Therefore, this article focuses on describing a negotiation mechanism to support decision making between those entities. Technical enablers such as an MQTT communication broker and a suitable simulation environment are supporting the overall concept. It is to be learned to what extent all decentralized entities of the cyber-physical production system act in a resource-conserving and value-adding manner.

Wie ein dezentrales Fertigungssteuerungskonzept realisiert werden und Erfolg herbeiführen kann, wirft noch immer Fragen auf. Daher wird an der Hochschule für Ange-wandte Wissenschaften Hamburg, Deutschland ein cyber-physikalisches Testfeld unter Verwendung von fahrerlo-sen Transportfahrzeugen (Automated Guided Vehicles AGV) entwickelt. Das Testfeld kann als ein "Swimming-pool"-Modell dargestellt werden. Diese Analogie be-schreibt die Freiheit der Produktionsaufträge, sich mit Hilfe der AGVs dezentral innerhalb der Grenzen des "Pools", also der Produktion selbst, zu bewegen. Die Pro-duktionsaufträge sollen den Pool von der Auftragsfreigabe auf der linken Seite bis zur Auftragsfertigstellung auf der rechten Seite des Pools durchqueren. Dabei können die Fertigungsaufträge unabhängig voneinander über die knappen Bearbeitungskapazitäten verhandeln. Ausgestat-tet mit bestimmten Kundenprioritäten kann ein Produkti-onsauftrag um eine Schwimmbahn mit teurer, aber schneller CNC-Bearbeitungskapazität verhandeln, wäh-rend ein anderer Auftrag eine parallele Schwimmbahn mit preiswerter, aber langsamer konventioneller Bearbei-tung bevorzugt.