Plug and Produce Agents: Entwicklung eines verteilten Agent-Handling-System basierend auf Thread-Netzwerken

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines agentenbasierten Plug and Produce-Systems sowie des verteilten Agent-Handling-Systems, das zur Kommunikation das Thread-Netzwerkprotokoll verwendet. Es werden Motivation und Zielsetzung für die Systementwicklung erläutert und Grundlagen zu Plug and Produce, dem Thread-Netzwerkprotokoll, OPC UA und Multiagentensystemen unter Berücksichtigung des aktuellen Technologiestandes präsentiert. Eine Anforderungsanalyse wird durchgeführt, gefolgt von der Beschreibung des Designs der erforderlichen Komponenten und des OPC UA Datenmodells mit Diskussionen zu den getroffenen Entscheidungen. Die Umsetzung wird durch Implementierungsdetails eines Prototypen sowie der Benutzeroberfläche für die Interaktion mit dem System dargestellt. Zur Evaluation wird ein Szenario verwendet, bei dem eine nicht optimale Ausgangskonfiguration des Systems durch den Anschluss neuer Hardware in eine optimale Konfiguration überführt wird. Wobei alle Ausgaben und Zeiten dokumentiert werden. Performanztests werden definiert und durchgeführt. Potenzielle Weiterentwicklungsmöglichkeiten im Bereich der Thread-Netzwerkprotokoll Implementierung, OPC UA und des verwendeten Nebenläufigkeitsframeworks werden diskutiert, ebenso wie die Generalisierung der Plug and Produce Agents und weitere Anwendungen des Systems außerhalb des Evaluationsszenarios. Die Analyse der Evaluationsergebnisse bestätigt die erfolgreiche Implementierung und identifiziert Probleme im Nachrichtenaufkommen und mit G-Code-Dateien größer als 2 MB Dateigröße. Für die identifizierten Probleme werden Lösungsansätze definiert und diskutiert. Zusammenfassend zeigt sich, dass das entwickelte System den Anforderungen entspricht und ein funktionsfähiges Plug and Produce-System darstellt, das auf dem Thread-Netzwerkprotokoll basiert, keinen Single-Point-of-Failure aufweist und die strukturierte Informationsübermittlung der Hardwarekomponenten an den OPC UA Server ermöglicht.

This paper describes the development of an agent-based Plug-and-Produce system with a distributed Agent Handling System that utilizes the Thread network protocol for communication. It outlines the motivation and objectives for system development and presents fundamentals of Plug-and-Produce, the Thread network protocol, OPC UA, and multiagent systems in line with current technological advancements. An analysis of requirements is conducted, followed by a description of the design of necessary components and the OPC UA data model, including discussions on decision-making processes. Implementation details, such as those of a prototype and the user interface for system interaction, are provided. The implemented system is evaluated using a scenario wherein it transitions from a suboptimal initial configuration to an optimal one through the addition of new hardware, with all outputs and timings documented. Performance tests are defined and executed. Potential avenues for further development concerning the Thread network protocol implementation, OPC UA, and the concurrency framework used are discussed, as well as the generalization of Plug and Produce Agents and additional applications beyond the evaluation scenario. An analysis of evaluation results confirms successful implementation while identifying issues with message traffic and G-Code files larger than 2 MB, for which solutions are proposed. In conclusion, the paper demonstrates that the developed system meets requirements and constitutes a functional Plug-and-Produce system based on the Thread network protocol, free from single points of failure, and facilitating structured information exchange of hardware components with the OPC UA server.