Volume 65, Issue 11 - Special Issue: Agenten und Zuverlässigkeit – ein Widerspruch? / Birgit Vogel-Heuser, Arndt Lüder

Zusammenfassung Agentensysteme gelten als aussichtsreiche Technologie, um den Herausforderungen der zunehmenden Digitalisierung – Industrie 4.0, IoT, CPS – zu begegnen. Allerdings konnten sich Softwareagenten trotz intensiver Erforschung in den letzten 20 Jahren im industriellen Einsatz noch nicht durchsetzen. Ein Grund hierfür sind die besonderen Anforderungen bezüglich Sicherheit, Echtzeitfähigkeit und Zuverlässigkeit beim Einsatz in industriellen technischen Systemen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über Test- und Verifikationsverfahren, die speziell für Agentensysteme konzipiert oder adaptiert wurden, und beleuchtet ihre Vorteile und Beschränkungen. Er will somit Entwicklern und Testern Hilfestellung zur Auswahl geeigneter Verfahren geben. Damit sollen die weitere Etablierung von Agentensystemen in der industriellen Praxis gefördert sowie weitere Forschungen angestoßen werden.

This article introduces a Hybrid Intervention Scheme Based Optimization (HIBO) algorithm solving an Optimal Reactive Power Management (ORPM) problem in real-time using a Mixed Integer Linear Programming (MILP) solver. The ORPM problem presented here contains a linear objective function containing four objectives separated using a set of static penalty factors for each area. The non-linear optimization problem has been assumed linear by localizing the search for solution, this is done by introducing a penalty on the change from the original state or the base case scenario. Thereby, optimizing the non-linear ORPM in linear steps makes it a fast solver for small changes in power system state. A contingency analysis (for N-1 voltage violations) is included for ensuring the safety and reliability of the power system. The results are used to update the ORPM problem or stop if the system is secure. The optimization variables used to represent transformer taps and shunt device switches are handled as discrete integers and remaining variables as continuous real numbers. The intervention scheme, objectives and constraints used in the HIBO have been derived through surveys conducted at a transmission system control center and are supported using literature. Validation of the HIBO algorithm was performed on the Dutch transmission network model after dividing it into four regional areas. Convergence characteristics of the HIBO algorithm are compared using results. From the results, it is concluded that the HIBO algorithm is a competitive optimization solver, suitable for deployment in the secondary voltage control scheme within system operations domain for transmission system operators.

Multiagent systems (MAS) have widely been recognized as a suitable software engineering approach to design distributed, flexible, and robust control-systems, as are needed to cope with current and future challenges in manufacturing. Yet, applying MAS for real-time control has been subject to several concessions so far. This paper presents a real-time Java multiagent platform, which allows both agent execution and distributed interaction under hard real-time conditions. The paper covers the architecture and implementation of such a platform, the integration of a domain knowledge model into the communication flow, and finally an analytical response time model including interactions, to actually proove the real-time capability of a distributed MAS.

One approach to achieve flexibility and dependability for the control of automated production systems (aPS) is agent-oriented software engineering (AOSE). In this paper, the modular decoupling of the supervisory control, most significantly the planning of production sequences and transfer routes, from the distributed real-time control of the plant resources is demonstrated by the use of agents. The resulting product management agent (PMA) represents the technical process of the manufactured product and conducts a discrete reasoning algorithm to derive appropriate production plans by the use of graph-search and also by interaction with the underlying resource agents (RA). It is shown, that for a given production system, dependable solutions are automatically generated in regard to a given product recipe. Further it is deduced, that the solutions are calculated and evaluated by the PMA within a deterministic time duration. This is argued on the fact, that the computation complexity does not exceed polynomial time and is mostly predetermined by the design parameters of the plant. Thus, it gives a reasonable approach for the use in a real-time environment. Additionally, through separation of supervisory and field control, a modular software engineering is achieved, offering the advantage that the PMA and the resource agents can be reused, by solely adapting the knowledge bases and without the need for modifying the planning algorithms after a reconfiguration of the aPS.

Zusammenfassung Bei der Bestimmung der Zuverlässigkeit von cyber-physischen Systemen müssen neue Ansätze und Konzepte entwickelt werden, die den Anforderungen an die neuen Technologien gerecht werden. Neben der Möglichkeit, zur Laufzeit erfasste Daten, die durch die Vernetzung von Komponenten zur Verfügung stehen, zur genaueren Berechnung der Zuverlässigkeit zu verwenden, stellt insbesondere die dynamische Systemstruktur von cyber-physischen Systemen, die zum Zeitpunkt der Systementwicklung noch nicht bekannt ist, Herausforderungen und nutzbare Potenziale für die Zuverlässigkeitsanalyse dar. Der vorliegende Beitrag präsentiert ein Konzept zur dynamischen Zuverlässigkeitsberechnung mithilfe eines Agentensystems. Dabei wird die klassischerweise oft als konstant angenommene Ausfallrate in drei zeitabhängige Bestandteile zerlegt, um beispielsweise den Einfluss der menschlichen Zuverlässigkeit in die Berechnung mit aufzunehmen. Mithilfe von Software-Agenten werden die erforderlichen Informationen zur Berechnung der Teilausfallraten ermittelt. Anhand eines Prototyps wird der Einfluss dynamischer Einflussgrößen auf die Zuverlässigkeit eines Systems gezeigt.

Zusammenfassung Zur Ermittlung des Systemverhaltens werden beim Engineering in Kombination mit der modellgestützten Entwicklung häufig Simulationen eingesetzt. Dieser Beitrag stellt einen agentenkoordinierten Ansatz für die parallele Simulation von multiphysikalischen Problemstellungen auf heterogenen Rechenressourcen vor. Durch die unterschiedlichen eingesetzten Simulationsmethoden steigt hierbei die Zuverlässigkeit beim Erreichen der Ergebnisse.