Distributed simulation for the project and control of distributed and virtual production systems

Tese de doutoramento em Engenharia de Produção e Sistemas.O Capítulo 1 inicia com a abordagem ao problema da Integração, condição vital para a possibilidade da existência da distribuição e dos sistemas virtuais. É feita um pouco de história que passa pela tipificação de diversos tipos de empresas, desde as monoempresas até às empresas virtuais. São ainda referidos os trabalhos de várias organizações industriais, institucionais e com fins não lucrativos que se têm debruçado sobre sobre os problemas organizacionais, de integração das empresas e normalização. É destacada a importância do projecto Globmen, em particular a engenharia de domínio; é abordada a problemática da relação entre a engenharia de domínio, de sistema, de produção informática e da virtualidade resultante. Uma área que consideramos importante e que já tem vindo a merecer a atenção da comunidade científica é a que relaciona simulação, controlo e inteligência. Como a simulação não é mais que uma ferramenta de aquisição de conhecimento, procurou-se no Capítulo 2 identificar o conhecimento nos seus vários níveis e, mediante a Teoria dos Sistemas, associá-los a Hierarquias de Especificação de Sistemas. Os diversos níveis são identificados mediante estruturas algébricas. Definem-se as condições a que devem satisfazer dois sistemas para, em cada nível, se considerarem mórficos. A existência de morfismos entre diferentes níveis e de morfismos ao nível de transição de estados – homomorfismos – lançou a pedra base da simulação moderna que distingue modelo de simulador. Tendo por base a teoria exposta, definem-se, por fim, as Entidades Conceptuais Básicas de um Quadro de Modelação e Simulação. Na sequência lógica do desenvolvimento que temos vindo a fazer, apresentamos no Capítulo 3 um formalismo de simulação que preenche os requisitos de integração apresentados no primeiro Capítulo. A escolha recaiu no formalismo DEVS (Discrete Event System Specification) que assenta na Teoria dos Sistemas. A versatilidade deste formalismo permite a representação de sistemas de vários tipos no que se refere à continuidade no espaço e no tempo. A possibilidade da respectiva redução a um formalismo único e elementar, bem como a possibilidade da construção de sistemas hierárquicos (Capítulo 4), permitem representações estruturadas do conhecimento. No Capítulo 5 mostra-se que a integração e a alteração e redução do peso das diversas fases do ciclo do produto dependem essencialmente de problemas tecnológicos de fundo, tais como a formatação da informação e a eliminação de interfaces entre o projecto e a produção na máquina; os Sistemas Virtuais, dos quais consideramos que a arquitectura BM_Vearm constitui um paradigma pelo elevado grau de formalização em que assenta, fornecem o enquadramento necessário à concreção da agilidade necessária à integração e redução do ciclo de produto referidas. No Capítulo 6, são analisados dois aspectos cruciais para a viabilidade dos Sistemas de Produção: i. No primeiro, é estudado o processamento paralelo o qual, considerado como motor de eficiência, poderá ser crítico num sistema onde a simulação é utilizada de forma intensiva. Demonstra-se que existem limites de rentabilidade para os sistemas paralelos. ii. No segundo ponto, o nosso estudo visa as implicações da nova estrutura das Empresas Virtuais, tal como foi definida no Capítulo 5. A estrutura de custos resultante do novo formato de empresa, face ao tradicional, traduzir-se-á por um aumento de competitividade; o estudo efectuado deverá ser utilizado como ferramenta expedita de decisão na selecção da melhor Empresa Virtual.Chapter 1 initiates with the boarding to the problem of Integration, vital condition for the possibility of the existence of the distribution and the virtual systems. A little of history that passes for the tipification of diverse types of companies, from the monocompanies to the virtual companies, is made. Still, the works of some industrial, institutional organizations and not lucrative organizations are related: they have leaned over on the organizational problems and the integration and normalization of the companies. The importance of Globmen project is detached, particularly the engineering domain; the problematic of the relation between the engineerings of domain, systems, computer science production and the resultant potentiality is boarded. An area that we consider important and that already it has come to deserve the attention of the scientific community is the one that relates simulation, control and intelligence. As simulation is mainly a tool of knowledge acquisition, it was tried in Chapter 2 to identify knowledge in its some levels and, by means of the Theory of the Systems, to associate them with Hierarchies of Systems Specifications. The diverse levels are identified by means of algebraic structures. The conditions are defined the one that must satisfy two systems for, in each level, to consider morphic. The existence of morphisms between different levels and morphisms to the level of transistion of states -- homomorphisms - launched the base of the modern simulation that distinguishes model from simulator. Based on the exposed theory, the basic Conceptual Entities of a Frame of Modelling and Simulation are finaly defined. In the logical sequence of the development we have beeing constructing, we present in Chapter 3 a simulation formalism that fulfils the requirements of integration presented in the first Chapter. The choice fell into formalism DEVS (Discrete Event System Specification) that seats in the Theory of Systems. The versatility of this formalism allows the representation of systems of some types, in the way it relates to continuity in space and time. The possibility of the respective reduction to an unic elementary formalism, as well as the possibility of the construction of hierarchical systems (Chapter 4), allows structuralized representations of knowledge. In Chapter 5 one reveals that the integration and the alteration and reduction of the weight of the diverse phases of the cycle of the product depend essentially on deep technological problems, such as the formatting of information and the elimination of interfaces between project and production in the machine; the Virtual Systems, of which we consider that the BM_Vearm architecture constitutes a paradigm because of the raised degree of formalization on which it seats, supply the necessary framing to the concretion of the necessary agility to the integration and reduction of the cited cycle of product. In Chapter 6, two crucial aspects for the viability of Production Systems are analyzed: i. In the first one, the parallel processing is studied which, considered as motor of efficiency, could be critical in a system where the simulation is used in intensive form. One demonstrates that there are limits of yield for the parallel systems. ii. As second crucial point, our study aims at the implications of the new structure of the Virtual Enterprises, such as it was defined in Chapter 5. The resultant structure of costs of the new format of company, face to the traditional one, will be expressed for a competitiveness increase; the study done will have to be used as an expedite tool of decision in the selection of the best Virtual Enterprise.PRODEP III - Medida 5 Acção 5.3, C.P.: 5.3/N/186.008/2000, Concurso:4/5.3/PRODEP/2000