Experiences and Perspectives from Applying MBSE in - PowerPoint PPT Presentation

Experiences ¡and ¡ Perspectives ¡from ¡Applying ¡ MBSE ¡in ¡Manufacturing ¡ Martin ¡Törngren ¡ Professor ¡in ¡Embedded ¡Control ¡Systems, ¡ ICES ¡Director ¡ Division ¡of ¡ Mechatronics ¡ ¡ KTH, ¡Stockholm, ¡Sweden ¡ Lihui ¡Wang ¡ Professor, ¡Chair ¡of ¡Sustainable ¡Manufacturing ¡ Department ¡of ¡Production ¡Engineering ¡ KTH, ¡Stockholm, ¡Sweden ¡

Presentation ¡Outline ¡ w ¡ ¡Introduction ¡to ¡Manufacturing ¡ w ¡ ¡Life ¡Cycle ¡Data ¡Integration ¡ w ¡ ¡Cyber-­‑ ¡and ¡Cloud-­‑based ¡Applications ¡ • Remote ¡Monitoring ¡and ¡Control ¡ • Remote ¡Assembly ¡ • Human-­‑Robot ¡Collaboration ¡ w ¡ ¡Conclusions ¡ 04/05/15 ¡ 2 ¡

Manufacturing ¡in ¡a ¡Nutshell ¡ Current ¡Focus: ¡ Supply Modular < Unified architecture System Architecture reconfigurable Demand Mfg. Less Systems n Cyber-­‑physical ¡ Competitive 1955 systems ¡ Dedicated Lines Mass 1980 n Cloud ¡ Steady Production demand FMS manufacturing ¡ Product Volume n Human-­‑robot ¡ RMS Push Market collaboration ¡ 2000 1913 … Pull n Programming-­‑free ¡ Volatile machine ¡control ¡ demand Craft General-Purpose Production 1850 machines n Additive ¡ manufacturing ¡ More Competitive Product Variety (Jovane, Koren and Homogenous Boër, CIRP Annals, Supply > Heterogeneous n MBSE ¡ Low Cost Products Society Needs Products Demand 52/2, 483-695, 2003) 04/05/15 ¡ 3 ¡

Manufacturing ¡Paradigms ¡ Mass Lean Mass Reconfigurable Sustainable Production Manufacturing Customisation Manufacturing Manufacturing 1913 1960 1980 2000 2010 Model-based Systems Engineering Scientific Nano/bio knowledge materials Computers Operations management Interchangeable parts Sustainability Responsiveness Variety Quality Cost Criteria of manufacturing paradigms (Adapted from Koren and Ulsoy, “Reconfigurable manufacturing systems,” ERC/RMS, University of Michigan, 1997) 04/05/15 ¡ 4 ¡

Model-­‑based ¡Engineering ¡ MANY ¡INSTANCES ¡AND ¡FLAVOURS ¡OF ¡MBD!!! ¡ “Computerized ¡models ¡used ¡to ¡support ¡engineering ¡ throughout ¡the ¡life-­‑cycle” ¡ • Purposes: ¡communication, ¡documentation, ¡ analysis ¡and ¡synthesis ¡ • Drivers: ¡Complexity, ¡”Criticality” ¡and ¡”Reuse” ¡ • Requires ¡appropriate ¡methodology ¡and ¡strategy ¡ – Formalization ¡comes ¡at ¡a ¡cost ¡ 04/05/15 ¡ 5 ¡

Viewpoints ¡and ¡Interrelations ¡ Software ¡ Architecture ¡ ECU/electronics ¡ Networking ¡ Sensing, ¡ CAN ¡database ¡ ¡estimation ¡ Integration ¡tests ¡ and ¡control ¡ 101000110100111001010011 1010 Vehicle ¡ 0011010011100101 dynamics ¡ Safety ¡ 0011101000110100 111001010011 ¡ Project ¡ management ¡ 1010001101001110 0010011 ¡ ¡ Quality ¡ • Power ¡ Maintenance, ¡ Mechanical ¡ ¡ • Propulsion ¡ CAD, ¡PDM ¡ After-­‑market ¡ Production/ ¡ Diagnostics, ¡ components ¡ • Thermal ¡ parameterization ¡ Support ¡tools ¡ 04/05/15 ¡ 6 ¡

Presentation ¡Outline ¡ w ¡ ¡Introduction ¡to ¡Manufacturing ¡ w ¡ ¡Life ¡Cycle ¡Data ¡Integration ¡ w ¡ ¡Cyber-­‑ ¡and ¡Cloud-­‑based ¡Applications ¡ • Remote ¡Monitoring ¡and ¡Control ¡ • Remote ¡Assembly ¡ • Human-­‑Robot ¡Collaboration ¡ w ¡ ¡Conclusions ¡ 04/05/15 ¡ 7 ¡

Product ¡related ¡“Information ¡Mountain” ¡ Information Maintenance information Manufacturing information Design information Time Concept Design Prototype Production Delivery Maintenance Fragmented ¡storage ¡in ¡various ¡speci]ic ¡IT ¡systems ¡(PLM, ¡ALM, ¡ERP, ¡ CRM ¡etc.), ¡resulting ¡in ¡“Inconsistency ¡management” ¡ 04/05/15 ¡ 8 ¡

Example ¡case ¡study: ¡Information ¡ sharing ¡in ¡factory ¡design ¡ Flow ¡design ¡ Process ¡planning ¡ ¡ ¡ Information ¡ Product ¡ design ¡ Factory ¡layout ¡ 04/05/15 ¡ 9 ¡

Model ¡Integration ¡and ¡Decoupling ¡ Basic ¡relations: ¡Coupled ¡systems; ¡Model ¡Equivalence; ¡ ¡ Model ¡abstraction/re]inement ¡ • But ¡much ¡more ¡concerns ¡involved! ¡ ¡ Multiple ¡integration ¡scenarios; ¡Problems ¡and ¡Opportunities! ¡ ¡ Challenge: ¡Ef]icienctly ¡dealing ¡with ¡change ¡management, ¡reuse, ¡ ¡ consistency, ¡and ¡ ¡leveraging ¡added ¡value ¡services ¡ ¡ Approach: ¡ ¡ • Architecting ¡engineering ¡environments ¡ • DSLs ¡and ¡code ¡generators ¡for ¡data ¡integration • Viewpoint ¡contracts ¡and ¡dependency ¡modelling ¡ • OSLC ¡based ¡integration ¡and ¡data ¡warehousing ¡ 04/05/15 ¡ 10 ¡

Multi-­‑level ¡Approach ¡for ¡Dealing ¡with ¡ Viewpoint ¡Interrelations ¡ 04/05/15 ¡ 11 ¡

Example ¡Contracts: ¡ Control-­‑Embedded ¡SW ¡with ¡Timing ¡Constraints ¡ Agreement ¡and ¡obligations ¡regarding ¡functionalities ¡and ¡timing ¡properties ¡ • SW ¡engineers: ¡execute ¡functions; ¡meet ¡timing ¡requirements ¡ • Control ¡engineers: ¡ensure ¡correct ¡closed-­‑loop ¡behaviour ¡ Example ¡contracts: ¡ Ø ’ZET’ ¡~ ¡the ¡synchronous ¡approach ¡ Ø ’LET’ ¡~ ¡the ¡PLC ¡/ ¡Giotto ¡approach ¡ Ø ’BET’ ¡~ ¡interpretation ¡of ¡FPS ¡ Ø ’DET’ ¡~ ¡deadline ¡monotonic ¡scheduling ¡ Ø ’TOL’ ¡~ ¡Tolerances ¡on ¡time ¡variations ¡ Basis ¡for ¡communication ¡and ¡agreements ¡ ¡ Targets ¡speci]ic ¡scenarios ¡ Support ¡for ¡modelling ¡and ¡simulation ¡ 04/05/15 ¡ 12 ¡

Dependency ¡ Model ¡ Example ¡ Courtesty of Ahsan Qamar (KTH PhD) 04/05/15 ¡ 13 ¡

Highlighting ¡Selected ¡ Interrelations ¡ 04/05/15 ¡ 14 ¡

Federated ¡Tools ¡and ¡Data ¡Exchange ¡ Traceability Authentication Transformation Process Management tool Tool Engine Tool Tool Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Change Tool Tool Tool Tool Impact Resources Analysis Basic services Lifecycle Data Data Data Tool Integration Framework Tool Adapter Configuration Data - Open Services for Life Cycle Over Internet Resources Management Collaboration (OSLC) Adapter Tool Data R&A UML V&V Data Data Data Data D&I tool Resources Tool Tool Tool Tool Tool Tool Tool Tool Tool Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources Adapter Resources HW/SW Test Analysis Traceability Repository co-design DOORS IRQA Simulink tool tool Non iFEST Compliant tool An Integration Platform iFEST ¡ARTEMIS ¡project ¡ 04/05/15 ¡ 15 ¡

Architecture ¡ ¡ Browser ¡ ¡ for ¡Automotive ¡ Embedded ¡SW ¡ ¡ Espresso ¡Project ¡ Demonstrator ¡ (Scania ¡and ¡KTH) ¡ 04/05/15 ¡ 16 ¡

Presentation ¡Outline ¡ w ¡ ¡Introduction ¡to ¡Manufacturing ¡ w ¡ ¡Life ¡Cycle ¡Data ¡Integration ¡ w ¡ ¡Cyber-­‑ ¡and ¡Cloud-­‑based ¡Applications ¡ • Remote ¡Monitoring ¡and ¡Control ¡ • Remote ¡Assembly ¡ • Human-­‑Robot ¡Collaboration ¡ w ¡ ¡Conclusions ¡ 04/05/15 ¡ 17 ¡

Cyber ¡vs. ¡Cloud ¡Manufacturing ¡ Cyber-­‑Physical ¡ → ¡Dynamic ¡ → ¡Adaptive ¡ ¡ Managers ¡ Planning ¡ Operators ¡ Engineers ¡ Web-based Integrated Sensor-driven e-ShopFloor Monitoring ¡ Wise-ShopFloor Control ¡ Control ¡ Monitoring ¡ Cyber ¡World ¡ Real ¡World ¡ Sensing ¡ Application ¡Server ¡ Distributed ¡Process ¡Planning ¡ Dynamic ¡Scheduling ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Real-­‑Time ¡Monitoring ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Remote ¡Control ¡ Intelligent ¡Sensors ¡/ ¡Open ¡Architecture ¡Controllers ¡ 04/05/15 ¡ 18 ¡

Service ¡Levels ¡in ¡the ¡Cloud ¡ Typical computing Infrastructure Platform Software applications (as a Service) (as a Service) (as a Service) You manage Applications Applications Applications Applications You manage Data Data Data Data Runtime Runtime Runtime Runtime Managed by vendor You manage Middleware Middleware Middleware Middleware Managed by vendor O/S O/S O/S O/S Virtualisation Virtualisation Managed by vendor Virtualisation Virtualisation Servers Servers Servers Servers Storage Storage Storage Storage Networking Networking Networking Networking 04/05/15 ¡ 19 ¡

BeneWits ¡of ¡Using ¡Cloud ¡ 04/05/15 ¡ 20 ¡