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Núcleo de Monagas
Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Automatización y Control de Procesos Industriales
Maturín, Abril de 2014.
ANEMONA: Una metodología multiagente para
sistemas holónicos de fabricación
Unidad V.- Nuevos paradigmas de la automatización industrial
Equipo CAD
Jonathan Araul C.I.: 18.693.713
Carlos Vasquez C.I.: 19.091.532
Tutor:Ing. Judith Devia.
2
ÍNDICE
ÍNDICE.......................................................................................................... 2
INTRODUCCIÓN.......................................................................................... 3
MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 4
Sistema de fabricación .............................................................................. 4
Sistema Multiagentes ................................................................................ 4
Control Jerárquico ..................................................................................... 4
Control Heterárquico ................................................................................. 5
Sistemas de Fabricación Holónicos versus control jerárquico y
heterárquico......................................................................................................... 5
Antecedentes............................................................................................. 5
Notación .................................................................................................... 5
Análisis ...................................................................................................... 6
Diseño ....................................................................................................... 7
Implementación de Holones ...................................................................... 7
Instalación y Configuración........................................................................ 8
Operación y Mantenimiento....................................................................... 8
DISCUSIÓN.................................................................................................. 9
CONCLUSIÓN............................................................................................ 11
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................... 12
Figura 1. Definición de los agentes en la etapa uno de la metodología. . 13
Figura 2. Proceso de desarrollo de la metodología. ................................ 13
3
INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia se han implementado miles de sistemas de
fabricación, los cuales se pueden comprender como una agrupación de elementos
que tienen por objetivo la producción de bienes en específico, innegablemente ha
existido una gran evolución de los procesos productivos, en la constante búsqueda
del aumento de la productividad, de la reducción de costes y de la satisfacción
plena de los clientes o consumidores.
Tradicionalmente se aplicaban los controles jerárquicos, los cuales no son
más que estructuras rígidas en las cuales cada nodo hijo, sólo recibe órdenes de
nodos padres, lo que crea una significativa dependencia. A su vez se
implementaron los controles heterárquicos, dando una mayor libertad entre cada
uno de los elementos del sistema, pero trayendo como consecuencia una baja
previsibilidad en la producción y una tendencia hacia la inestabilidad.
Para superar estos conceptos han surgido una serie de nuevas
conceptualizaciones tales como los sistemas multiagentes, los cuales son aquellos
que buscan la división de los procesos de trabajo, dividiendo la carga entre
entidades independiente conocidas como agentes. Otra nueva definición son los
holones, que vienen a ser partes integrales de sistemas y a la vez sistemas en sí
mismos de forma paralela.
En los procesos industriales era una necesidad modelar de una forma más
eficiente los procesos y esto conllevo a que con el uso de los conceptos antes
mencionados y combinados con diversos principios de la ingeniería del software,
surgiera una metodología específica para los sistemas holónicos de
manufacturación, proporcionando a los diseñadores de todas las herramientas y
guías para la implementación de software enmarcado en los sistemas
multiagentes, la cual se conoce como ANEMONA y será definida a continuación.
4
MARCO TEÓRICO
Sistema de fabricación
Un sistema de fabricación puede definirse como un conjunto de elementos
interrelacionados, que permite la obtención de bienes mediante la combinación
adecuada de los recursos necesarios. La importancia y la cantidad de cada uno de
estos recursos dependen del tipo de producto que se quiere fabricar, pero también
de la tecnología y de los métodos aplicados.
Sistema Multiagentes
Un sistema multiagentes (SMA) es un sistema compuesto por múltiples
agentes inteligentes que interactúan entre ellos. Los sistemas multiagentes
pueden ser utilizados para resolver problemas que son difíciles o imposibles de
resolver para un agente individual o un sistema monolítico.
En octubre de 1989 se inició un amplio programa de investigación
internacional sobre los sistemas de fabricación inteligentes, para lo que se creó el
consorcio IMS (IntelligenceManufacturingSystem). Entre sus objetivos se
encuentra desarrollar un nuevo paradigma para la planificación y control de la
fabricación, A este se le denomina sistemas de fabricación holónicos, y para su
desarrollo se creó el consorcio HMS (Holonic ManufacturingSystem).
El elemento central de este paradigma es el holón, termino acuñado por
Koestler [8]. Este filósofo húngaro observó que los organismos vivos y las
organizaciones sociales autosuficientes estaban formadas por diferentes unidades
fácilmente identificables, que podían a su vez estar divididas en otras unidades y/o
pertenecer a otras unidades mayores. Estas entidades que poseen a la vez las
características del todo y de las partes, se denominaron holones.
Control Jerárquico
El enfoque tradicional para el diseño de los sistemas CIM es el jerárquico.
Algunas arquitecturas jerárquicas han sido desarrolladas por NIST (AMRF, y más
recientemente FCS y MSI). El diseño está basado en un enfoque top-down y
define estrictamente los módulos del sistema y su funcionalidad. Más aún, la
comunicación entre los módulos también se define estrictamente, y se limita, ya
que los módulos sólo pueden comunicarse con sus módulos padres y módulos
hijos. En una arquitectura jerárquica, los módulos no pueden tomar la iniciativa. De
esta manera el sistema es vulnerable ante perturbaciones y su autonomía y
reactividad ante disturbios son débiles. La arquitectura resultante es muy rígida, y
por tanto cara de desarrollar y difícil de mantener.
5
Control Heterárquico
El enfoque heterárquico prohíbe toda tipo de jerarquía con el objeto de dar
todo el poder a los módulos básicos, generalmente llamados “agentes”. Cada
orden negocia con las estaciones de trabajo para obtener el procesamiento de los
recursos, para ello utiliza todas las posibles alternativas de procesamiento
disponibles para poder afrontar situaciones imprevistas.
Mientras que este sistema es de hecho muy ágil, y simple de diseñar, de
entender y de mantener, es muy difícil de operar siguiendo un plan pre-definido.
La previsibilidad de la producción es muy baja. No existe ninguna optimización
global y el sistema puede alcanzar, en circunstancias específicas, algún estado
“inestable”.
Sistemas de Fabricación Holónicos versus control jerárquico y
heterárquico
La fabricación Holónica combina las ventajas de los sistemas jerárquicos y
de los heterárquicos al mismo tiempo que evita sus desventajas. Para evitar las
arquitecturas rígidas de los sistemas jerárquicos, los sistemas holónicos otorgan
autonomía (libertad de decisión) a los módulos individuales (holones).
Comparado con los sistemas de control holónicos, los sistemas de control
heterárquico pueden ser imprevisibles y además incontrolables. Esto se debe a la
inexistencia de jerarquías en los sistemas heterárquicos. Es por ello que los
sistemas de fabricación holónicos poseen jerarquías, pero estas jerarquías son
flexibles, o “flojas”.
Es necesario contar con metodologías específicas para HMS (Holonic
ManufacturingSystems) basadas en principios de la ingeniería del software, que
asistan al diseñador en todos las fases de desarrollo y que provean guías
específicas, claras y no-ambiguas.
Antecedentes
No es una metodología desde cero, sino que aprovecha trabajos previos
INGENIAS [Gómez, 2002] y RT-MESSAGE [Julián, 2002]. Ambas metodologías
son extensiones de la metodología MESSAGE [EURESCOM, 2000;2001b] y por
tanto tienen la misma base en cuanto a modelos conceptuales para SMA
(Sistemas Multi Agentes) [1].
Notación
6
El meta-modelado es un mecanismo que permite definir formalmente
lenguajes de modelado. Así, un meta-modelo de un lenguaje es una definición
precisa de sus elementos mediante conceptos y reglas de cierto meta-lenguaje,
necesaria para crear modelos en ese lenguaje. Por ejemplo, el metamodelo de
UML define los conceptos y reglas que se necesitan para crear modelos UML.
Al igual que en INGENIAS [Gómez, 2002], el lenguaje que utilizamos para
la definición de los meta-modelos es la notación UML siguiendo las restricciones
indicadas en GOPRR (Graph, Object, Property, Relationship, and Role) [Lyytinen y
Rossi, 1999]. Mantenemos la misma notación para facilitar la comprension y
comparación de los meta-modelos extendidos en relación a los originales.
Además, este enfoque permite expresar las extensiones y modificaciones de
manera simple y completa.
Proceso de Desarrollo
Todo proceso de desarrollo de una metodología incluye una descripción de
los pasos sucesivos, de las actividades, de las guías para el ingeniero del software
y de los productos del proceso que ayudan en el desarrollo del sistema en
cuestión. En este apartado presentamos el proceso de desarrollo de nuestra
metodología en términos de estos elementos. Para ello utilizamos SPEM [OMG,
2002], una notación de procesos y sus componentes.
SPEM (Software ProcessEngineeringMetamodel ) es una notación utilizada
para definir procesos y sus componentes [OMG, 2002]. Esta notación está basada
en el enfoque orientado a objetos para modelar una familia de procesos software
relacionados [1].
Requisitos del Sistema
El documento de Requisitos describe la especificación de requisitos del
sistemade fabricación y sus problemas de control asociados. Este documentodebe
contener las siguientes partes
Análisis
En la fase de análisis, el ingeniero del software debe especificar el HMS en
Diagramas de Casos de Uso. Este es un proceso descendente, incremental y
recursivo. El objetivo principal de la fase de análisis es identificar los holones que
componen el sistema y proveer una especificación inicial de holones. El ingeniero
del software debe producir los Modelos de Análisis a partir del documento de
Requisitos.
7
Diseño
En la fase de diseño, el ingeniero del software debe construir la Arquitectura
del Sistema teniendo en cuenta los detalles de la plataforma destino de
implementación. La fase de diseño consiste, básicamente, en traducir los Modelos
de Análisis a un conjunto de modelos de diseño que definen los detalles o
requisitos de implementación. La fase de diseño de nuestro enfoque se divide en
dos etapas:
1. Refinar la Especificación de Holones. Esta tarea compleja tiene como
objetivo completar los Modelos de Análisis para asegurar que todos los requisitos
del sistema están completamente modelados. Esta etapa se define como un
proceso ascendente e independiente de la plataforma, en la que el Ingeniero del
Software se centra en cada holón atómico con el objetivo de completar su
definición. El producto de esta tarea es el Modelo de Diseño
2. Construir la Arquitectura del Sistema. Basándose en la propuesta de
Christensen para la implementación de HMS. Para el control de alto nivel
(procesamiento de la información intra-holón y cooperación inter-holón) utilizamos
JADE
Implementación de Holones
En la fase de implementación de holones, el Programador debe
implementar el HMS siguiendo la Arquitectura del Sistema definida en la fase de
desarrollo anterior. Para ello el desarrollador debe ejecutar las siguientes
actividades:
Actividad I1: Definir e implementar las distintas plataformas de
agentes identificadas en la Arquitectura del Sistema.
Actividad I2: En esta actividad el Programador debe implementar los
distintos agentes identificados en la Arquitectura del Sistema.
Actividad I3: En esta actividad el Programador debe implementar
nuevos bloques funcionales y/o reutilizar bloques funcionales
previamente definidos, utilizando el lenguaje de especificación IEC
61131-3 Structured Text [IEC, 2000].
8
Actividad I4: Debe realizar pruebas de integración local (intra-holón)
e integración global (inter-holón). En esta actividad puede utilizar
técnicas de prueba tradicionales de la Ingeniería del Software.
Instalación y Configuración
En la fase de instalación y configuración, el Ingeniero del Software debe
guiar el proceso de implantación del HMS en el entorno de ejecución destino
(fábrica, máquina, taller, celda, etc.).
Operación y Mantenimiento
En esta fase de deben utilizar las técnicas tradicionales de la Ingeniería del
Software, teniendo en cuenta que cualquier actividad de mantenimiento que
involucre nuevas funcionalidades, adaptación a cambios en el entorno y corrección
de posibles defectos de implementación o diseño, implica la ejecución de un
nuevo proceso de desarrollo para adaptar los documentos de análisis, diseño e
implementación a las nuevas características.
9
DISCUSIÓN
Un sistema de fabricación viene a ser aquel en el cual múltiples elementos
se alinean con un objetivo en común producir un bien específico que satisfaga la
necesidad de determinados consumidores, estos son influenciados básicamente
por la tecnología y los métodos aplicados. Estos han variado con el paso del
tiempo, en la búsqueda constante de optimizar los procesos productivos en
términos de cantidad de producción, uso de los recursos y beneficios económicos.
Han existido múltiples paradigmas para abordar los procesos de
manufacturación entre los que destacan las arquitecturas jerárquicas en los cuales
se definen los componentes de los sistemas y sus respectivas funcionalidades en
termino de relaciones estrictas en plano vertical, donde la comunicación fluye de
padres a hijos y viceversa, por ende este tipo de controles no fomentan la
iniciativa, al carecerse de independencia o autonomía, por lo que se vuelve difícil
de sostener sobre todo si existen constantemente perturbaciones en el sistema.
Por otra parte se encuentran las arquitecturas heterárquicas, en las cuales
a diferencia del anterior no se definen jerarquías padre/hijo o de cualquier otro
tipo, si no que cada módulo posee un elevado grado de independencia, mayor
libertad a la hora de confrontar perturbaciones en el sistema, pero esto viene con
costes asociados, dado que implica que el sistema presentara dificultades para
seguir esquemas de actividades prestablecidas, fomentando la incertidumbre a la
hora de determinar el nivel de productividad dentro de las plantas y tendiendo a la
inestabilidad, precisamente por carecer de jerarquías en la estructura.
Considerando las ventajas y desventajas de los modelos anteriores, se dio
inicio a una búsqueda de alternativas que conllevo a diversos conceptos como los
sistemas multiagentes, holones. Los primeros vienen a ser un conjunto de
elementos conformados por actores conocidos como agentes, los cuales tienen
una mayor capacidad de resolver problemas trabajando en conjunto. Los holones,
son unidades que conforman parte de sistemas y a su vez están conformados por
subsistemas. Donde existen un conjunto de holones operando con objetivos
específicos se conoce como holoarquía.
Se comprende que los sistemas de fabricación holónicos se desarrollaron
para superar las dificultades heredadas de los modelos jerárquicos y
heterárquicos, paralelamente mientras se aprovechan sus bondades. En esta
arquitectura existen jerarquías pero que no tienen el nivel de rigidez del control
jerárquico. Para obtener el máximo beneficio de estos conceptos se creó un
10
consorcio que poseía como uno de los objetivos fundamentales fomentar el uso de
estos nuevos tipos de estructuras.
Además de esto en la industria del software no existían metodologías para
modelar sistemas en términos de holones, es por ello que surgió ANEMONA en la
Universidad Politécnica de Valencia, España. La cual no partía desde cero, sino
que se sentaba sobre las bases de trabajos publicados como INGENIAS y RT-
MESSAGE, las cuales derivan de MESSAGE, todas vinculadas al desarrollo de
sistemas multi agentes.
Como la mayoría de las metodologías define cual va a ser la notación a
utilizar, la cual es el conocido Lenguaje de Modelado Unificado (UML por sus
siglas en inglés), pero teniendo en cuenta que se deben implementar restricciones.
Una vez definido esto, se debe estudiar en que consiste el proceso de desarrollo,
el cual es una serie de etapas que deben seguir los ingenieros de software para el
desarrollo del sistema, estas son:
Requisistos del Sistema: Colección de documentos donde debe fijarse las
especificaciones que poseerá el sistema de fabricación, se compone de análisis y
diseño. Se definen diagramas de casos de uso, se identifican los holones y los
modelos de análisis del sistema.
Construir la Arquitectura del Sistema: se utiliza JADE (guía de
programación) y se implementa la propuesta de J.H.Christensen de la estructura
del sistema holonico de fabricación.
Implementación de Holones: Los programadores deben realizar una serie
de actividades, que consisten en definir las plataformas, agentes y bloques
funcionales además de realizar las pruebas de integración entre los holones.
Instalación y configuración: En esta fase se debe dirigir el proceso de
implantaciòn en la planta de producción de destino.
Operación y mantenimiento: Se realiza las actividades rutinarias dentro de
la industria del software, pero teniendo presente que cualquier nuevo cambio en
las consideraciones del sistema implicará rehacer todo el conjunto de pasos
descrito hasta ahora.
11
CONCLUSIÓN
Conforme han pasado las décadas, han ido progresando y perfeccionando
los sistemas de producción, los cuales no son más que un conjunto de elementos
agrupados con el objetivo de desarrollar bienes o productos específicos, gracias a
la combinación de métodos y tecnología.
Estos sistemas de producción han experimentado diversos esquemas, tales
como las estructuras de control jerárquicas caracterizadas por su estricta rigidez
que imposibilitaba la autonomía dificultando el accionar ante situaciones
imprevistas, como arquitecturas heterárquicas, en las cuales por el contrario se
prioriza la independencia prohibiendo la jerarquía, lo que se traduce en que todos
los elementos del sistema poseen la misma relevancia, trayendo como
consecuencia la tendencia hacia la inestabilidad y la dificultad de que todos los
elementos puedan seguir un patrón en común, además de la dificultad para
estimar la capacidad productiva.
Teniendo en cuenta esta situación se crearon los sistemas multiagentes y
los holónicos, los cuales tienen como objetivo priorizar la independencia a través
de entidades que conforman los sistemas y a la vez albergan subsistemas, de este
modo se obtienen las ventajas de los dos modelos anteriores, los elementos
logran la independencia mientras colaboran para alcanzar objetivos en común
dentro de las plantas de producción.
Para obtener beneficios de estas conceptualizaciones y a su vez
aprovechar los beneficios de la ingeniería del software se creó la metodología
ANEMONA, para sistemas holónicos de fabricación, partiendo de otras
metodologías que también son multiagentes como INGENIAS y RT-MESSAGE las
cuales extienden de MESSAGE.
La notación implementada en ANEMONA es con UML, gracias a este
lenguaje de modelado unificado es posible definir los meta-modelos, de igual
manera como se realiza en INGENIAS. Como en toda metodología se definen una
serie de actividades las cuales deben seguirse de forma rigurosa.
Los pasos inician con los requisitos del sistema, en donde se agruparan una
serie de requisitos para el sistema de fabricación gracias a un documento en
donde se realizaran los procesos de análisis para la creación de diagramas de
caso de uso y diseño donde se establecerán la definición o especificaciones de los
holones. Luego se inicia la construcción de la arquitectura del sistema donde se
establece la cooperación entre los holones, para pasar a la etapa de la
implementación de los holones, en las cuales el programador implementa las
plataformas, agentes y bloques funcionales previamente considerados, para
finalizar con la etapa de instalación y configuración.
12
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 GiretBoggino, Adriana. ANEMONA: UNA METODOLOGÍA MULTI AGENTE
PARA SISTEMAS HOLÓNICOS DE FABRICACIÓN, Mayo del 2005.
 AraúzoAraúzo José Alberto, de Benito Martín Juan José, del Olmo Martínez
Ricardo, "Sistemas de Fabricación Holónicos" Septiembre (2012) desde
articulo en
líneahttp://adingor.es/congresos/web/uploads/cio/cio2002/metodos_cuantitativ
os/C085.pdf
13
ANEXOS
Figura 1. Definición de los agentes en la etapa uno de la metodología.
Figura 2. Proceso de desarrollo de la metodología.

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Sistemas Holónicos Fabricación

  • 1. Universidad de Oriente Núcleo de Monagas Ingeniería de Sistemas Cursos Especiales de Grado Automatización y Control de Procesos Industriales Maturín, Abril de 2014. ANEMONA: Una metodología multiagente para sistemas holónicos de fabricación Unidad V.- Nuevos paradigmas de la automatización industrial Equipo CAD Jonathan Araul C.I.: 18.693.713 Carlos Vasquez C.I.: 19.091.532 Tutor:Ing. Judith Devia.
  • 2. 2 ÍNDICE ÍNDICE.......................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN.......................................................................................... 3 MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 4 Sistema de fabricación .............................................................................. 4 Sistema Multiagentes ................................................................................ 4 Control Jerárquico ..................................................................................... 4 Control Heterárquico ................................................................................. 5 Sistemas de Fabricación Holónicos versus control jerárquico y heterárquico......................................................................................................... 5 Antecedentes............................................................................................. 5 Notación .................................................................................................... 5 Análisis ...................................................................................................... 6 Diseño ....................................................................................................... 7 Implementación de Holones ...................................................................... 7 Instalación y Configuración........................................................................ 8 Operación y Mantenimiento....................................................................... 8 DISCUSIÓN.................................................................................................. 9 CONCLUSIÓN............................................................................................ 11 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................... 12 Figura 1. Definición de los agentes en la etapa uno de la metodología. . 13 Figura 2. Proceso de desarrollo de la metodología. ................................ 13
  • 3. 3 INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia se han implementado miles de sistemas de fabricación, los cuales se pueden comprender como una agrupación de elementos que tienen por objetivo la producción de bienes en específico, innegablemente ha existido una gran evolución de los procesos productivos, en la constante búsqueda del aumento de la productividad, de la reducción de costes y de la satisfacción plena de los clientes o consumidores. Tradicionalmente se aplicaban los controles jerárquicos, los cuales no son más que estructuras rígidas en las cuales cada nodo hijo, sólo recibe órdenes de nodos padres, lo que crea una significativa dependencia. A su vez se implementaron los controles heterárquicos, dando una mayor libertad entre cada uno de los elementos del sistema, pero trayendo como consecuencia una baja previsibilidad en la producción y una tendencia hacia la inestabilidad. Para superar estos conceptos han surgido una serie de nuevas conceptualizaciones tales como los sistemas multiagentes, los cuales son aquellos que buscan la división de los procesos de trabajo, dividiendo la carga entre entidades independiente conocidas como agentes. Otra nueva definición son los holones, que vienen a ser partes integrales de sistemas y a la vez sistemas en sí mismos de forma paralela. En los procesos industriales era una necesidad modelar de una forma más eficiente los procesos y esto conllevo a que con el uso de los conceptos antes mencionados y combinados con diversos principios de la ingeniería del software, surgiera una metodología específica para los sistemas holónicos de manufacturación, proporcionando a los diseñadores de todas las herramientas y guías para la implementación de software enmarcado en los sistemas multiagentes, la cual se conoce como ANEMONA y será definida a continuación.
  • 4. 4 MARCO TEÓRICO Sistema de fabricación Un sistema de fabricación puede definirse como un conjunto de elementos interrelacionados, que permite la obtención de bienes mediante la combinación adecuada de los recursos necesarios. La importancia y la cantidad de cada uno de estos recursos dependen del tipo de producto que se quiere fabricar, pero también de la tecnología y de los métodos aplicados. Sistema Multiagentes Un sistema multiagentes (SMA) es un sistema compuesto por múltiples agentes inteligentes que interactúan entre ellos. Los sistemas multiagentes pueden ser utilizados para resolver problemas que son difíciles o imposibles de resolver para un agente individual o un sistema monolítico. En octubre de 1989 se inició un amplio programa de investigación internacional sobre los sistemas de fabricación inteligentes, para lo que se creó el consorcio IMS (IntelligenceManufacturingSystem). Entre sus objetivos se encuentra desarrollar un nuevo paradigma para la planificación y control de la fabricación, A este se le denomina sistemas de fabricación holónicos, y para su desarrollo se creó el consorcio HMS (Holonic ManufacturingSystem). El elemento central de este paradigma es el holón, termino acuñado por Koestler [8]. Este filósofo húngaro observó que los organismos vivos y las organizaciones sociales autosuficientes estaban formadas por diferentes unidades fácilmente identificables, que podían a su vez estar divididas en otras unidades y/o pertenecer a otras unidades mayores. Estas entidades que poseen a la vez las características del todo y de las partes, se denominaron holones. Control Jerárquico El enfoque tradicional para el diseño de los sistemas CIM es el jerárquico. Algunas arquitecturas jerárquicas han sido desarrolladas por NIST (AMRF, y más recientemente FCS y MSI). El diseño está basado en un enfoque top-down y define estrictamente los módulos del sistema y su funcionalidad. Más aún, la comunicación entre los módulos también se define estrictamente, y se limita, ya que los módulos sólo pueden comunicarse con sus módulos padres y módulos hijos. En una arquitectura jerárquica, los módulos no pueden tomar la iniciativa. De esta manera el sistema es vulnerable ante perturbaciones y su autonomía y reactividad ante disturbios son débiles. La arquitectura resultante es muy rígida, y por tanto cara de desarrollar y difícil de mantener.
  • 5. 5 Control Heterárquico El enfoque heterárquico prohíbe toda tipo de jerarquía con el objeto de dar todo el poder a los módulos básicos, generalmente llamados “agentes”. Cada orden negocia con las estaciones de trabajo para obtener el procesamiento de los recursos, para ello utiliza todas las posibles alternativas de procesamiento disponibles para poder afrontar situaciones imprevistas. Mientras que este sistema es de hecho muy ágil, y simple de diseñar, de entender y de mantener, es muy difícil de operar siguiendo un plan pre-definido. La previsibilidad de la producción es muy baja. No existe ninguna optimización global y el sistema puede alcanzar, en circunstancias específicas, algún estado “inestable”. Sistemas de Fabricación Holónicos versus control jerárquico y heterárquico La fabricación Holónica combina las ventajas de los sistemas jerárquicos y de los heterárquicos al mismo tiempo que evita sus desventajas. Para evitar las arquitecturas rígidas de los sistemas jerárquicos, los sistemas holónicos otorgan autonomía (libertad de decisión) a los módulos individuales (holones). Comparado con los sistemas de control holónicos, los sistemas de control heterárquico pueden ser imprevisibles y además incontrolables. Esto se debe a la inexistencia de jerarquías en los sistemas heterárquicos. Es por ello que los sistemas de fabricación holónicos poseen jerarquías, pero estas jerarquías son flexibles, o “flojas”. Es necesario contar con metodologías específicas para HMS (Holonic ManufacturingSystems) basadas en principios de la ingeniería del software, que asistan al diseñador en todos las fases de desarrollo y que provean guías específicas, claras y no-ambiguas. Antecedentes No es una metodología desde cero, sino que aprovecha trabajos previos INGENIAS [Gómez, 2002] y RT-MESSAGE [Julián, 2002]. Ambas metodologías son extensiones de la metodología MESSAGE [EURESCOM, 2000;2001b] y por tanto tienen la misma base en cuanto a modelos conceptuales para SMA (Sistemas Multi Agentes) [1]. Notación
  • 6. 6 El meta-modelado es un mecanismo que permite definir formalmente lenguajes de modelado. Así, un meta-modelo de un lenguaje es una definición precisa de sus elementos mediante conceptos y reglas de cierto meta-lenguaje, necesaria para crear modelos en ese lenguaje. Por ejemplo, el metamodelo de UML define los conceptos y reglas que se necesitan para crear modelos UML. Al igual que en INGENIAS [Gómez, 2002], el lenguaje que utilizamos para la definición de los meta-modelos es la notación UML siguiendo las restricciones indicadas en GOPRR (Graph, Object, Property, Relationship, and Role) [Lyytinen y Rossi, 1999]. Mantenemos la misma notación para facilitar la comprension y comparación de los meta-modelos extendidos en relación a los originales. Además, este enfoque permite expresar las extensiones y modificaciones de manera simple y completa. Proceso de Desarrollo Todo proceso de desarrollo de una metodología incluye una descripción de los pasos sucesivos, de las actividades, de las guías para el ingeniero del software y de los productos del proceso que ayudan en el desarrollo del sistema en cuestión. En este apartado presentamos el proceso de desarrollo de nuestra metodología en términos de estos elementos. Para ello utilizamos SPEM [OMG, 2002], una notación de procesos y sus componentes. SPEM (Software ProcessEngineeringMetamodel ) es una notación utilizada para definir procesos y sus componentes [OMG, 2002]. Esta notación está basada en el enfoque orientado a objetos para modelar una familia de procesos software relacionados [1]. Requisitos del Sistema El documento de Requisitos describe la especificación de requisitos del sistemade fabricación y sus problemas de control asociados. Este documentodebe contener las siguientes partes Análisis En la fase de análisis, el ingeniero del software debe especificar el HMS en Diagramas de Casos de Uso. Este es un proceso descendente, incremental y recursivo. El objetivo principal de la fase de análisis es identificar los holones que componen el sistema y proveer una especificación inicial de holones. El ingeniero del software debe producir los Modelos de Análisis a partir del documento de Requisitos.
  • 7. 7 Diseño En la fase de diseño, el ingeniero del software debe construir la Arquitectura del Sistema teniendo en cuenta los detalles de la plataforma destino de implementación. La fase de diseño consiste, básicamente, en traducir los Modelos de Análisis a un conjunto de modelos de diseño que definen los detalles o requisitos de implementación. La fase de diseño de nuestro enfoque se divide en dos etapas: 1. Refinar la Especificación de Holones. Esta tarea compleja tiene como objetivo completar los Modelos de Análisis para asegurar que todos los requisitos del sistema están completamente modelados. Esta etapa se define como un proceso ascendente e independiente de la plataforma, en la que el Ingeniero del Software se centra en cada holón atómico con el objetivo de completar su definición. El producto de esta tarea es el Modelo de Diseño 2. Construir la Arquitectura del Sistema. Basándose en la propuesta de Christensen para la implementación de HMS. Para el control de alto nivel (procesamiento de la información intra-holón y cooperación inter-holón) utilizamos JADE Implementación de Holones En la fase de implementación de holones, el Programador debe implementar el HMS siguiendo la Arquitectura del Sistema definida en la fase de desarrollo anterior. Para ello el desarrollador debe ejecutar las siguientes actividades: Actividad I1: Definir e implementar las distintas plataformas de agentes identificadas en la Arquitectura del Sistema. Actividad I2: En esta actividad el Programador debe implementar los distintos agentes identificados en la Arquitectura del Sistema. Actividad I3: En esta actividad el Programador debe implementar nuevos bloques funcionales y/o reutilizar bloques funcionales previamente definidos, utilizando el lenguaje de especificación IEC 61131-3 Structured Text [IEC, 2000].
  • 8. 8 Actividad I4: Debe realizar pruebas de integración local (intra-holón) e integración global (inter-holón). En esta actividad puede utilizar técnicas de prueba tradicionales de la Ingeniería del Software. Instalación y Configuración En la fase de instalación y configuración, el Ingeniero del Software debe guiar el proceso de implantación del HMS en el entorno de ejecución destino (fábrica, máquina, taller, celda, etc.). Operación y Mantenimiento En esta fase de deben utilizar las técnicas tradicionales de la Ingeniería del Software, teniendo en cuenta que cualquier actividad de mantenimiento que involucre nuevas funcionalidades, adaptación a cambios en el entorno y corrección de posibles defectos de implementación o diseño, implica la ejecución de un nuevo proceso de desarrollo para adaptar los documentos de análisis, diseño e implementación a las nuevas características.
  • 9. 9 DISCUSIÓN Un sistema de fabricación viene a ser aquel en el cual múltiples elementos se alinean con un objetivo en común producir un bien específico que satisfaga la necesidad de determinados consumidores, estos son influenciados básicamente por la tecnología y los métodos aplicados. Estos han variado con el paso del tiempo, en la búsqueda constante de optimizar los procesos productivos en términos de cantidad de producción, uso de los recursos y beneficios económicos. Han existido múltiples paradigmas para abordar los procesos de manufacturación entre los que destacan las arquitecturas jerárquicas en los cuales se definen los componentes de los sistemas y sus respectivas funcionalidades en termino de relaciones estrictas en plano vertical, donde la comunicación fluye de padres a hijos y viceversa, por ende este tipo de controles no fomentan la iniciativa, al carecerse de independencia o autonomía, por lo que se vuelve difícil de sostener sobre todo si existen constantemente perturbaciones en el sistema. Por otra parte se encuentran las arquitecturas heterárquicas, en las cuales a diferencia del anterior no se definen jerarquías padre/hijo o de cualquier otro tipo, si no que cada módulo posee un elevado grado de independencia, mayor libertad a la hora de confrontar perturbaciones en el sistema, pero esto viene con costes asociados, dado que implica que el sistema presentara dificultades para seguir esquemas de actividades prestablecidas, fomentando la incertidumbre a la hora de determinar el nivel de productividad dentro de las plantas y tendiendo a la inestabilidad, precisamente por carecer de jerarquías en la estructura. Considerando las ventajas y desventajas de los modelos anteriores, se dio inicio a una búsqueda de alternativas que conllevo a diversos conceptos como los sistemas multiagentes, holones. Los primeros vienen a ser un conjunto de elementos conformados por actores conocidos como agentes, los cuales tienen una mayor capacidad de resolver problemas trabajando en conjunto. Los holones, son unidades que conforman parte de sistemas y a su vez están conformados por subsistemas. Donde existen un conjunto de holones operando con objetivos específicos se conoce como holoarquía. Se comprende que los sistemas de fabricación holónicos se desarrollaron para superar las dificultades heredadas de los modelos jerárquicos y heterárquicos, paralelamente mientras se aprovechan sus bondades. En esta arquitectura existen jerarquías pero que no tienen el nivel de rigidez del control jerárquico. Para obtener el máximo beneficio de estos conceptos se creó un
  • 10. 10 consorcio que poseía como uno de los objetivos fundamentales fomentar el uso de estos nuevos tipos de estructuras. Además de esto en la industria del software no existían metodologías para modelar sistemas en términos de holones, es por ello que surgió ANEMONA en la Universidad Politécnica de Valencia, España. La cual no partía desde cero, sino que se sentaba sobre las bases de trabajos publicados como INGENIAS y RT- MESSAGE, las cuales derivan de MESSAGE, todas vinculadas al desarrollo de sistemas multi agentes. Como la mayoría de las metodologías define cual va a ser la notación a utilizar, la cual es el conocido Lenguaje de Modelado Unificado (UML por sus siglas en inglés), pero teniendo en cuenta que se deben implementar restricciones. Una vez definido esto, se debe estudiar en que consiste el proceso de desarrollo, el cual es una serie de etapas que deben seguir los ingenieros de software para el desarrollo del sistema, estas son: Requisistos del Sistema: Colección de documentos donde debe fijarse las especificaciones que poseerá el sistema de fabricación, se compone de análisis y diseño. Se definen diagramas de casos de uso, se identifican los holones y los modelos de análisis del sistema. Construir la Arquitectura del Sistema: se utiliza JADE (guía de programación) y se implementa la propuesta de J.H.Christensen de la estructura del sistema holonico de fabricación. Implementación de Holones: Los programadores deben realizar una serie de actividades, que consisten en definir las plataformas, agentes y bloques funcionales además de realizar las pruebas de integración entre los holones. Instalación y configuración: En esta fase se debe dirigir el proceso de implantaciòn en la planta de producción de destino. Operación y mantenimiento: Se realiza las actividades rutinarias dentro de la industria del software, pero teniendo presente que cualquier nuevo cambio en las consideraciones del sistema implicará rehacer todo el conjunto de pasos descrito hasta ahora.
  • 11. 11 CONCLUSIÓN Conforme han pasado las décadas, han ido progresando y perfeccionando los sistemas de producción, los cuales no son más que un conjunto de elementos agrupados con el objetivo de desarrollar bienes o productos específicos, gracias a la combinación de métodos y tecnología. Estos sistemas de producción han experimentado diversos esquemas, tales como las estructuras de control jerárquicas caracterizadas por su estricta rigidez que imposibilitaba la autonomía dificultando el accionar ante situaciones imprevistas, como arquitecturas heterárquicas, en las cuales por el contrario se prioriza la independencia prohibiendo la jerarquía, lo que se traduce en que todos los elementos del sistema poseen la misma relevancia, trayendo como consecuencia la tendencia hacia la inestabilidad y la dificultad de que todos los elementos puedan seguir un patrón en común, además de la dificultad para estimar la capacidad productiva. Teniendo en cuenta esta situación se crearon los sistemas multiagentes y los holónicos, los cuales tienen como objetivo priorizar la independencia a través de entidades que conforman los sistemas y a la vez albergan subsistemas, de este modo se obtienen las ventajas de los dos modelos anteriores, los elementos logran la independencia mientras colaboran para alcanzar objetivos en común dentro de las plantas de producción. Para obtener beneficios de estas conceptualizaciones y a su vez aprovechar los beneficios de la ingeniería del software se creó la metodología ANEMONA, para sistemas holónicos de fabricación, partiendo de otras metodologías que también son multiagentes como INGENIAS y RT-MESSAGE las cuales extienden de MESSAGE. La notación implementada en ANEMONA es con UML, gracias a este lenguaje de modelado unificado es posible definir los meta-modelos, de igual manera como se realiza en INGENIAS. Como en toda metodología se definen una serie de actividades las cuales deben seguirse de forma rigurosa. Los pasos inician con los requisitos del sistema, en donde se agruparan una serie de requisitos para el sistema de fabricación gracias a un documento en donde se realizaran los procesos de análisis para la creación de diagramas de caso de uso y diseño donde se establecerán la definición o especificaciones de los holones. Luego se inicia la construcción de la arquitectura del sistema donde se establece la cooperación entre los holones, para pasar a la etapa de la implementación de los holones, en las cuales el programador implementa las plataformas, agentes y bloques funcionales previamente considerados, para finalizar con la etapa de instalación y configuración.
  • 12. 12 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS  GiretBoggino, Adriana. ANEMONA: UNA METODOLOGÍA MULTI AGENTE PARA SISTEMAS HOLÓNICOS DE FABRICACIÓN, Mayo del 2005.  AraúzoAraúzo José Alberto, de Benito Martín Juan José, del Olmo Martínez Ricardo, "Sistemas de Fabricación Holónicos" Septiembre (2012) desde articulo en líneahttp://adingor.es/congresos/web/uploads/cio/cio2002/metodos_cuantitativ os/C085.pdf
  • 13. 13 ANEXOS Figura 1. Definición de los agentes en la etapa uno de la metodología. Figura 2. Proceso de desarrollo de la metodología.