ПА – 2: Концепцијско пројектовање – интелигенти мобилни роботи Универзитет у Београду – Машински факултет Дипломске академске студије Модул: Дизајн у машинству Предмет: Методе одлучивања ПА – 2: Концепцијско пројектовање – интелигенти мобилни роботи Предметни наставник: Проф. др Зоран Миљковић Предметни сарадници: Доц. др Божица Бојовић Најдан Вуковић, дипл. инж. маш. Марко Митић, дипл. инж. маш. Милица Петровић, дипл. инж. маш.

Концепцијско пројектовање – уводне напомене ДЕФ: Теорија пројектовања инжењерских система (обухватају технолошке системе) представља научно утемељене активности са кључним циљем да се омогући изградња вештачких система чије су главне карактеристике: извођење сложених функција (нпр. флексибилност и аутоматизација); висок квалитет и поузданост; минимизација потребног материјала и енергије; и минимизација времена израде. Основа за реализацију свих парцијалних циљева теорије пројектовања је аутоматизација процеса пројектовања (до данас није у потпуности остварена); Крајњи исход теорије пројектовања је решавања проблема доношењем одлука (пројектни задатак). :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Фазе пројектовања Пројектовање се одвија у три фазе (у општем случају): 1. Концепцијско пројектовање обухвата прелиминарно одлучивање о пројектном решењу, са циљем да се задовољи тек неколико кључних ограничења, и то на бази више алтернатива које обухватају опште одреднице; 2. Конструисање производа (и читавог система) обухвата и технологичност конструкције (технологичност производа када је систем у питању) која представља меру успешности производње и експлоатације пројектоване конструкције (пројектовање производа и пројектовање за производњу); и 3. Конструктивна разрада детаља (не мисли се само на конструсање машинских делова, него и нпр. пројектовање понашања интелигентног система-пројектни задатак). :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање Деф: Концепцијско пројектовање представља рану фазу пројектовања у којој пројектант дефинише концепте које ће користити при решавању постављеног пројектног проблема и доноси одлуке о начину на који ће повезати дефинисане концепте у одговарајућу архитектуру система. Архитектура система (блок дијаграм система) при концепцијском пројектовању формира се линијским повезивањем концептуалних блокова. :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Методе и алати Преглед компјутерских алата, математичких метода и парадигми које се користе за концепцијско пројектовање интелигентних технолошких система: Машинско учење (Machine Learning); Вештачке неуронске мреже (Artificial Neural Networks); Вештачки живот (Artificial Life); Генетски алгоритми (Genetic Algorithms); Теорија графова (Graph Theory); Multi-Agent системи (Multi-Agent Systems); Холонски системи (Holonic Systems); Теорија аутомата (Automata Theory); Хеуристичка претрага (Heuristic Search) и многе друге. :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Multi-Agent системи Производна предузећа у 21. веку су у окружењу где се тржиште брзо мења и нове технологије континуално развијају, уз пораст глобалне конкуренције; Традиционални аутоматски системи су крути и нису способни да одговоре на брзе промене у захтевима понуде и потражње у производним системима, па се из тог разлога предлажу нове методологије за технолошку миграцију од конвенцијалних аутоматских и флексибилних ка интелигентним и реконфигурабилним системима; Концепт интелигентних софтверских агената (тзв. Agent technology) представља савремену парадигму за развој следећих генерација производних система; Концепцијско пројектовање оваквих интелигентних система заснива се и на Multi-Agent технологији; :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Интелигентни агенти у Multi-Agent системима Деф: Интелигентни агент је објекат, физички или софтверски, (може бити мобилни робот, машина алатка, технолошка ћелија, AGV, алат, програмски пакет ...) који има могућност комуникације и интеракције са другим интелигентним агентима у систему, са циљем доношења одлука и обављања постављених задатака. Придев интелигентан подразумева следећа својства агента: 1. Могућност агента да учи и разуме постављени задатак, захваљујући синергији са техникама вештачке интелигенције; 2. Примање и слање информација; 3. Одабир најефикасније стратегије за решавање постављеног задатка; 4. Доношење одлука; 5. Извршавање донетих одлука. :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Принципи концепцијског пројектовања Принцип 1: агилност и аутономност доношења одлука су две кључне карактеристике сваког система који егзистира у динамичком окружењу; Принцип 2: компоненте система би требало повезати у мрежу аутономних јединица (за разлику од хијерархијске структуре повезивања); Принцип 3: све одлуке које се доносе у интелигентном систему резултат су међусобне размене информација подсистема, што утиче на повећање квалитета целог система; Принцип 4: постоји могућност само-организовања подсистема током процеса машинског учења, а све у циљу повећања перформанси целог система. :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Примери Пример#1: концепцијско пројектовање отвореног серво система :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Примери Пример#2: варијантна концепцијска решења славине Варијантно решење # 1 Варијантно решење # 2 Варијантно решење # 3 Варијантно решење # 4 :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Примери Почетак Одређивање положаја мобилног робота Пример#3: концепцијско решење интелигентног унутрашњег транспорта материјала Планирање путање кретања Предикција параметара технолошких процеса Учење транспортних токова материјала помоћу вештачких неуронских мрежа Крај :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Примери Почетак Одређивање положаја мобилног робота Планирање путање кретања циљ препрека старт Предикција параметара технолошких процеса Учење транспортних токова материјала помоћу вештачких неуронских мрежа Крај :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Примери Почетак Одређивање положаја мобилног робота Планирање путање кретања Предикција параметара технолошких процеса тренутни чвор време кретања робота од чвора до чвора наредни чвор Учење транспортних токова материјала помоћу вештачких неуронских мрежа Крај :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Фазе пројектовања – интелигентни мобилни роботи Без обзира на основни задатак МР треба да у сваком тренутку зна одговоре на следећа питања: Где сам? Где идем? Како да дођем до циља? Одговори на постављена питања су „скривени” у следећим проблемима: Модел радног окружења (мапа); Аквизиција и интерпретација сензорске информације (пројектни задатак); Одређивање положаја (проблем локализације); Планирање и извршавање акције. :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Модел радног окружења (мапа окружења) Тренутно најтежи задатак у области развоја и пројектовања мобилних робота; Решење овог проблема омогућује аутономно функционисање МР у окружењу; Већина развијених и имплементираних решења базирана је на карактеристичним објектима (КО); Нпр. у Паризу постоји један и само један КО за све туристе; На основу положаја КО робот одређује свој положај али и план својих акција; Нпр. Мане: избор КО (углавном зависи од човека). :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Одређивање положаја (проблем локализације); Положај МР = позиција + оријентација; Одређује се у односу на „спољашњи” координатни систем; У општем случају систем (МР) има шест степени слободе; Основни проблем: акумулација грешке (у управљачком и сензорском подсистему) током експлоатације; Методе: све су пробабилистичке (базиране на примени математичке теорије вероватноће и статистике); :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Планирање и извршавање акција Рај? Пакао? Или... Да бих стигао до циља треба да скренем.... након тога... ? :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Управљачке архитектуре Да би се омогућили одговори на сва постављена питања неопходно је да се успостави одговарајући „ток” информација; Ток дефинисан управљачком архитектуром; Постоји велики број развијених архитектура; 1970 – 1985 Конвенционална (Хијерархијска) 1985 – ... Реактивна 199Х – ... Хибридна :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Хијерархијска архитектура Логичан след активности: Аквизиција сензорске информације; Моделирање; Планирање; Акција. Пример: Shakey ( Stanford Research Institute - SRI) 1970. Предности: „Потпуно” разумевање окружења Мане: Брзина процесирања информација и генерисања управљачког сигнала :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Реактивна управљачка архитектура Базира се на понашањима (трансфер функцијама); Нема експлицитног моделирања; Брзо и ефикасно процесирање информација и генерисање команде; Genghis, MIT :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Хибридна управљачка архитектура SENSE PLAN ACT Обухвата хијерархијску и реактивну парадигму; „Комбинује” најбоље од оба приступа; Уводи „ред” и „враћа” планирање; Stanley – Stanford’s entry in Darpa’s Grand Challenge 2005 :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Концепцијско пројектовање интелигентних мобилних робота – пример (концепт) нове хибридне управљачке архитектуре :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Фазе пројектовања – „поново” Пројектовање се одвија у три фазе (у општем случају): 1. Концепцијско пројектовање обухвата прелиминарно одлучивање о пројектном решењу, са циљем да се задовољи тек неколико кључних ограничења, и то на бази више алтернатива које обухватају опште одреднице; 2. Конструисање производа (и читавог система) обухвата и технологичност конструкције (технологичност производа када је систем у питању) која представља меру успешности производње и експлоатације пројектоване конструкције (пројектовање производа и пројектовање за производњу); и 3. Конструктивна разрада детаља (не мисли се само на конструсање машинских делова, него и нпр. пројектовање понашања интелигентног система-пројектни задатак). :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Литература [1] Xue Ligong, Zhou Zude, Liu Quan, Application of Multi-agent in Intelligent Manufacturing System, Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Science and Software Engineering, pp. 501-504, DOI: 10.1109/CSSE.2008.549, (2008). [2] K. Ueda, A. Markus, L. Monostori, H.J.J. Kals, T. Arai, Emergent Synthesis Methodologies for Manufacturing, Annals of the ClRP, Vol. 50 (2), pp. 535-551, (2001). [3] George Rzevski, On Conceptual Design of Intelligent Mechatronic Systems, Journal Mechatronics, Vol. 13, pp. 1029–1044, (2003). [4] Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., Grote, K. H., Engineering Design – A systematic Approach, ISBN 978-1-84628-318-5 3rd edition, Springer-Verlag London Limited, (2007). [5] Masahiko Mori, Kazuo Yamazaki, Makoto Fujishima, Jiancheng Liu, Norio Furukawa, A Study on Development of an Open Servo System for Intelligent Control of a CNC Machine Tool, Annals of the ClRP, Vol. 50 (1), pp. 247-250, (2001). :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи

Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи Хвала на пажњи! Питања? :: Методе одлучивања :: Концепцијско пројектовање – интелигентни мобилни роботи