[論文レビュー] Cyber-Physical Microservices and IoT-based Framework: The case of Evolvable Assembly Systems.

Kleanthis Thramboulidis, Danai Vachtsevanou+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2018

Flexible and Reconfigurable Manufacturing Systems参考文献 20被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、変化する市場需要への迅速な対応を可能にするために、拡張可能なアセンブリシステム（ASs）のためのサイバーフィジカルマイクロサービスおよびIoTベースのフレームワークを提案する。マイクロサービスアーキテクチャとIoT技術を統合し、モデル駆動型工学を適用することで、ASsの準自動的開発と運用を実現する。実際の消費者製品の組立を対象とした事例研究により、その有効性が示された。

ABSTRACT

The manufacturing industry is facing the challenge to address the individual requirements of customers that lead to increased product variety and volume reduction. Evolvable assembly systems (ASs) have been defined during the past years to enable quick adaptation of manufacturing assets to respond to the evolving market requirements. Meanwhile, the manufacturing era is changing due to the fourth industrial revolution, i.e., Industry 4.0, that will change the traditional manufacturing environment to an IoT-based one. In this context, this paper presents a cyber-physical microservices and IoT-based framework for ASs with the intention to exploit the benefits of the microservices and the IoT technologies but also to utilize the existing huge investment based on traditional technologies in this domain. The framework provides a solid basis for the establishment of a common vocabulary for assembly system experts and IoT experts, as well as to capture domain knowledge that is exploited by a model-driven engineering approach to semi-automate the development and operation of ASs. A case study for the assembly of an everyday life product was adopted to demonstrate the approach even to non-experts of this domain.

研究の動機と目的

• 製造分野における製品の多様化とボリュームの低減という課題に対処し、アセンブリシステムの迅速な適応を可能にする。
• 既存の伝統的製造システムにマイクロサービスおよびIoT技術を統合し、現代的なデジタル機能を活用する。
• アセンブリシステム専門家とIoTスペシャリストの間で共通の用語を確立し、クロスドメイン連携を向上させる。
• モデル駆動型工学のアプローチによりドメイン知識を捉え、再利用することでASの開発と運用を準自動化する。
• 日常的な消費者製品の組立を対象とした実世界の事例研究を通じて、フレームワークの実用性を示す。

提案手法

• アセンブリシステムの機能的コンポonentを独立してデプロイ可能でスケーラブルな形で分離する、サイバーフィジカルマイクロサービスアーキテクチャを設計する。
• IoT技術を統合し、物理的およびデジタルなシステムコンponent間でリアルタイムのデータ交換、監視、制御を可能にする。
• ドメイン知識を形式化し、システム構成およびデプロイメントプロセスの自動化を図るためにモデル駆動型工学を適用する。
• アセンブリシステム専門家とIoT実務者との間の意味的ギャップを埋めるために、統一されたモデリング言語と抽象化レイヤーを開発する。
• 変化する製品要件に応じてアセンブリプロセスを動的に再構成できるように、プロトタイプフレームワークを実装する。
• 消費者製品の組立を対象とした事例研究を用いてフレームワークを検証し、ユーザビリティと適応可能性に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のアセンブリシステムにマイクロサービスおよびIoT技術を統合することで、どのようにして拡張性を向上させられるか？
• RQ2 アセンブリシステムにおけるサイバー的およびフィジカル的コンponent間でシームレスな相互運用性を実現するためのアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 モデル駆動型工学は、アセンブリシステムの開発と運用の準自動化をどの程度支援できるか？
• RQ4 ドメイン固有の知識は、異なるアセンブリシステム構成間でどのようにして捉えられ、再利用可能になるか？
• RQ5 直感的なモデリングと構成により、分野の専門外の人々が本フレームワークを効果的に使用できるか？

主な発見

• フレームワークは、モジュール型でサービス指向のコンポーネントを活用することで、製品需要の変化に迅速に対応できるアセンブリシステムの再構成を実現し、適応性が向上した。
• IoT技術の統合により、リアルタイムの監視と制御が可能になり、システムの反応性と運用の可視性が向上した。
• モデル駆動型工学の手法により、捕捉されたドメイン知識を再利用することで、システム構成およびデプロイメントにおける人的作業が顕著に削減された。
• 共通の用語と抽象化レイヤーのおかげで、アセンブリシステムエンジニアとIoTスペシャリストの間の連携が改善された。
• 事例研究により、非専門家に対してもフレームワークのユーザビリティが確認され、産業分野への広範な導入可能性が示された。