A termelésirányítás és -informatika új kihívásai:

Átírás

1 A termelésirányítás és -informatika új kihívásai: Hatékonyság és kooperáció gyorsan változó környezetben Monostori László és Váncza József MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Gyártástudomány és technológia Tanszék Kutatás-fejlesztési kihívások az IKT területén Az MTA Műszaki Tudományok Osztály tudományos ülése Budapest, május 30.

2 Komplexitás a termelési hierarchia minden szintjén / 1 2

3 Komplexitás a termelési hierarchia minden szintjén / 2 Transportation Companies Inbound Logistics Satellite for GPS Inventory Warehouse Enterprise Wi-Fi Shipping Yard Outbound Logistics PAN (RFid or Bluetooth) Satellite for GPS WAN or Satellite Comm. Plant Robot Machine AGV WAN or Satellite Comm. Distributor Onboard Sensors Wi-Fi Distribution Center Supplier (Raw Material) Worker PDA Small Sensors Network Main Server Dealer (Retail Customer) 3

4 A termeléssel kapcsolatos főbb trendek Globalizáció, termelési hálózatok Fenntartható és versenyképes gyártás Gazdaságos Környezetbarát Társadalmilag igazságos Értékorientált gyártás Alap, létrehozott és védett értékek Szolgáltatás-orientált gyártás Mindenütt jelenlévő IKT Virtualizálás, digitális gyártás Összekötöttség és folyamatos adaptáció [SourceMap, iphone 3GS 2010] 4

5 A termeléssel kapcsolatos főbb trendek Globalizáció, termelési hálózatok Fenntartható és versenyképes gyártás Gazdaságos Környezetbarát Társadalmilag igazságos Értékorientált gyártás Alap, létrehozott és védett értékek Szolgáltatás-orientált gyártás Mindenütt jelenlévő IKT Virtualizálás, digitális gyártás Összekötöttség és folyamatos adaptáció Fogyatkozó erőforrások gazdaság társadalom környezet Energia felhasználás [Eurostat 2010] Erőforrás hatékonyság Tudatos nyersanyag felhasználás Energia hatékonyság 5

6 Fogékony, kooperatív vállalatok 6

7 Fogékony, kooperatív vállalatok: Dilemmák Globális működés Kooperáció Nyitottság, inf. megosztás Kommunikáció Adaptivitás Fogékonyság Optimálás Elvárt viselkedés Tömeggyártási hatékonyság Lokális autonómia Verseny Privát adat, biztonság Hitelesség, reputáció Hálózati stabilitás Gazdaságos gyártás Robusztusság Kibontakozó tulajdonságok Személyre szabás 7

8 Célkitűzés Olyan technikák kutatása és felhasználása, melyek alkalmasak a változó, bizonytalansággal terhelt környezetben működő, összetett műszaki és gazdasági rendszerek valósidejű kezelésére, különös tekintettel a gyártástudomány és technológia, az informatika, az operációkutatás és a tudásalapú módszerek legújabb irányzataira, egyensúlyt célozva az autonómia, kooperáció és optimálás terén. 8

9 Főbb területek Termék és gyártórendszer irányultságú ciklus Termékinnováció és -tervezés Gyártási struktúra kialakítása, és működtetése, kommunikáció Termelés irányultságú ciklus Tervezés, ütemezés és menedzsment Irányítás és végrehajtás 9

10 Termékinnováció és -tervezés Személyre szabott gyártás Együttes értékteremtés Szolgáltatás-mérnökség Ipari termék-szolgáltatás rendszerek Információmenedzsment, ontológiák Innovációs hálózatok Kreatív ötletek kőrözése és kombinálása Gyorsuló innováció [Ueda, Takenaka, Váncza, Monostori 2009] 10

11 Irányítás és végrehajtás A tényleges gyártáshoz lehető legközelebb Nagyfelbontású gyártás AutoID, transzparencia, sm@rt logistics A digitális és a valós világok szoros kapcsolata Szimulációval támogatott gyártásirányítás Proaktív, reaktív irányítás Elosztott, holonikus gyártásvégrehajtás 11

12 Irányítás és végrehajtás A tényleges gyártáshoz lehető legközelebb Nagyfelbontású gyártás AutoID, transzparencia, sm@rt logistics A digitális és a valós világok szoros kapcsolata Szimulációval támogatott gyártásirányítás Proaktív, reaktív irányítás Elosztott, holonikus gyártásvégrehajtás 12

13 Irányítás és végrehajtás A tényleges gyártáshoz lehető legközelebb Nagyfelbontású gyártás AutoID, transzparencia, sm@rt logistics A digitális és a valós világok szoros kapcsolata Szimulációval támogatott gyártásirányítás Proaktív, reaktív irányítás Elosztott, holonikus gyártásvégrehajtás Depending on the process additional capacity is available Single capacity Multi capacity 13

14 Irányítás és végrehajtás A tényleges gyártáshoz lehető legközelebb Nagyfelbontású gyártás AutoID, transzparencia, sm@rt logistics A digitális és a valós világok szoros kapcsolata Szimulációval támogatott gyártásirányítás Proaktív, reaktív irányítás Elosztott, holonikus gyártásvégrehajtás 14

15 Irányítás és végrehajtás A tényleges gyártáshoz lehető legközelebb Nagyfelbontású gyártás AutoID, transzparencia, sm@rt logistics A digitális és a valós világok szoros kapcsolata Szimulációval támogatott gyártásirányítás Proaktív, reaktív irányítás Elosztott, holonikus gyártásvégrehajtás 15

16 Tervezés és ütemezés Jövőbeli igények és termelő kapacitások megfeleltetése Információ özön és hiány Bizonytalanság Komplexitás és nagy méretű feladatok Aggregáció Kapacitás és anyagáram tervezés Kapacitás-korlátos projekt-orientált tervezés Több kritériumos optimalizálás Hatékony megoldó módszerek Interaktív döntéstámogatás Robusztus megoldások 16

17 Tervezés és ütemezés Jövőbeli igények és termelő kapacitások megfeleltetése Információ özön és hiány Bizonytalanság Komplexitás és nagy méretű feladatok Aggregáció Kapacitás és anyagáram tervezés Kapacitás-korlátos projekt-orientált tervezés Több kritériumos optimalizálás Hatékony megoldó módszerek Interaktív döntéstámogatás Robusztus megoldások initial schedule 50k iteration 100k iteration 17

18 Tervezés és ütemezés Jövőbeli igények és termelő kapacitások megfeleltetése Információ özön és hiány Bizonytalanság Komplexitás és nagy méretű feladatok Aggregáció Kapacitás és anyagáram tervezés Kapacitás-korlátos projekt-orientált tervezés Több kritériumos optimalizálás Hatékony megoldó módszerek Interaktív döntéstámogatás Robusztus megoldások 18

19 Tervezés és menedzsment hálózatokban Tervezés hálózatokban Dekomponált, hierarchikus folyamat Távol a lehetséges optimumtól Raktárkészlet tervezés új szerepben Decentralizált koordinált tervezés Tervek (szándékok) de nem az üzleti alapinformációk megosztása Alternatív szcenáriók, tárgyalás Kooperáció Igazmondás önérdekből Ösztönzése a kockázatok és előnyök megosztás révén Beszállítás mint szolgáltatás Új üzleti modell 19

20 Tervezés és menedzsment hálózatokban Tervezés hálózatokban Dekomponált, hierarchikus folyamat Távol a lehetséges optimumtól Raktárkészlet tervezés új szerepben Decentralizált koordinált tervezés Tervek (szándékok) de nem az üzleti alapinformációk megosztása Alternatív szcenáriók, tárgyalás Kooperáció Igazmondás önérdekből Ösztönzése a kockázatok és előnyök megosztás révén Beszállítás mint szolgáltatás Új üzleti modell 20

21 Termelési szervezet és rendszer kialakítása Beszállítói hálózattervezés Sokszínű kapcsolatok 3D konkurens tervezés Termék folyamat hálózat Teljes digitalizáció Digital Enterprise Technologies Komplex adaptív rendszerek Nyílt, önszervező és önjavító Fenntartható termelés Kooperáció indirekt kölcsönösség alapján Reputáció és bizalom Címkézés (eco-labeling) [Abele et al és Schönsleben 2009 alapján] 21

22 Termelési szervezet és rendszer kialakítása Beszállítói hálózattervezés Sokszínű kapcsolatok 3D konkurens tervezés Termék folyamat hálózat Teljes digitalizáció Digital Enterprise Technologies Komplex adaptív rendszerek Nyílt, önszervező és önjavító Fenntartható termelés Kooperáció indirekt kölcsönösség alapján Reputáció és bizalom Címkézés (eco-labeling) [Csáji B, Monostori L 2008] 22

23 Termelési szervezet és rendszer kialakítása Beszállítói hálózattervezés Sokszínű kapcsolatok 3D konkurens tervezés Termék folyamat hálózat Teljes digitalizáció Digital Enterprise Technologies Komplex adaptív rendszerek Nyílt, önszervező és önjavító Fenntartható termelés Kooperáció indirekt kölcsönösség alapján Reputáció és bizalom Címkézés (eco-labeling) [Nowak MA 2006 alapján] [Eurostat 2011 ] 23

24 Támogató diszciplínák Alkalmazott matematika, operációkutatás Matematikai és korlátozás programozás Keresés Számítástudomány Tudásmenedzsment, ontológiák Adatbányászat Hálózati tudomány Beszállítói, szállítási, szenzor hálózatok Szociális, innovációs hálózatok Játékelmélet (Nem-) kooperatív játékok Evolúciós játékok Mechanizmus tervezés 24

25 Támogató diszciplínák Alkalmazott matematika, operációkutatás Matematikai és korlátozás programozás Keresés Számítástudomány Tudásmenedzsment, ontológiák Adatbányászat Hálózati tudomány Beszállítói, szállítási, szenzor hálózatok Szociális, innovációs hálózatok Játékelmélet (Nem-) kooperatív játékok Evolúciós játékok Mechanizmus tervezés [Escher 1928] 25

26 Támogató diszciplínák Alkalmazott matematika, operációkutatás Matematikai és korlátozás programozás Keresés Számítástudomány Tudásmenedzsment, ontológiák Adatbányászat Hálózati tudomány Beszállítói, szállítási, szenzor hálózatok Szociális, innovációs hálózatok Játékelmélet (Nem-) kooperatív játékok Evolúciós játékok Mechanizmus tervezés 26

27 Támogató diszciplínák Alkalmazott matematika, operációkutatás Matematikai és korlátozás programozás Keresés Számítástudomány Tudásmenedzsment, ontológiák Adatbányászat Hálózati tudomány Beszállítói, szállítási, szenzor hálózatok Szociális, innovációs hálózatok Játékelmélet (Nem-) kooperatív játékok Evolúciós játékok Mechanizmus tervezés [Egri P, Váncza J 2011] 27

28 Informatikai eszköztár új elemei Ágens-alapú modellezés és szimuláció Mindenütt jelenlévő számítás Felhő-alapú számítás Aktív információ hordozók Internet of Things szimuláció tervezési metafora technológia [Mistry P SixthSense MIT 2010 ] 28

29 Összegzés / 1 29

30 Összegzés / 2 A termelés társadalmi-ökológiai környezetbe ágyazott interakciós hálózatokban valósul meg Információs és kommunikációs technológiák az érzékeléstől a hálózati megoldásokig a gyártás elengedhetetlen részét képezik A főbb kihívások alapvető konfliktusokból származnak verseny kooperáció tervezés kibontakozás bizonytalanság inf. bőség lokális autonómia globális viselkedés optimalizálás reaktivitás virtuális valós termelés Kiegyensúlyozott, mérnöki megoldások szükségesek a határok átjárására, az ellentétek feloldására Valóság és modell fogékonyság A valóságos és virtuális világok időről időre való megfeleltetése Vállalatok és környezetük kooperáció Együttműködés a közös célok és kölcsönös előnyök elérése érdekében 30

31 Publikációs fórumaink Folyóiratcím db Theoretical Computer Science 1 Operations Research Letters 2 European Journal of Operational Research 2 OR Spektrum 1 Journal of Scheduling 2 International Journal of Production Economics 3 Constraints 2 Journal of Artificial Intelligence Research (JAIR) 1 Journal of Machine Learning Research 1 Journal of Engineering Applications of Artificial Intelligence 2 Advanced Engineering Informatics 1 Annual Reviews in Control 2 CIRP Annals Manufacturing Technology 12 International Journal of Computer Integrated Manufacturing 3 Computers in Industry 2 Assembly Automation 1 Computer Applications in Engineering Education

32 Főbb ipari partnereink Autóipar Elektronikai ipar Logisztika Energia ipar Audi Hungária GE Lighting Bosch Rexroth GE Energy Robert Bosch Robert Bosch Italla (Finish Post) Hitachi Continental Hitachi Palletways Gamesa Knorr-Bremse Andritz 32

33 Köszönetnyilvánítás Mérnöki és Üzleti Intelligencia Kutatólaboratórium munkatársai MTA SZTAKI Egyetemi és akadémiai környezet 33

34 Köszönjük a figyelmet! laszlo.monostori@sztaki.mta.hu, vancza@sztaki.mta.hu További részletek: Monostori, L.; Váncza, J.; Kumara, S.R.T.: Agent-based systems for manufacturing, CIRP Annals Manufacturing Technology, 55/2, pp (2006) Ueda, K.; Takenaka, T.; Váncza, J.; Monostori, L., Value creation and decision-making in sustainable society, CIRP Annals Manufacturing Technology, 58/2, pp (2009) Váncza, J., Monostori, L., Lutters, D., Kumara, S.R., Tseng, M., Valckenaers, P., Van Brussel, H.: Cooperative and responsive manufacturing enterprises. CIRP Annals - Manufacturing Technology 60/2, pp , (2011) 34