Citation for published version (APA):
Rooda, J. E. (2010). Parallelle processen, machines en netwerken. Technische Universiteit Eindhoven.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/2010
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
Bezoekadres Den Dolech 2 5612 AZ Eindhoven Postadres Postbus 513 5600 MB Eindhoven Tel. (040) 247 91 11 www.tue.nl
Parallelle processen,
machines en netwerken
Where innovation starts
/ Faculteit Werktuigbouwkunde
Uitgesproken op 18 juni 2010
aan de Technische Universiteit Eindhoven
Parallelle processen,
machines en netwerken
Vanaf ongeveer 1980 heb ik mij verdiept in het analyseren, het ontwerpen en het realiseren van transportsystemen. Denk aan magazijnsystemen, opslagsystemen, systemen voor het verzamelen van orders en nog vele andere typen systemen, zoals een voor het veilen van bloemen.
De prestatie van een enkele machine en van een netwerk van machines wekte mijn belangstelling. Het functioneren volgens een programma van eisen van een derge-lijk systeem, de doorzet van het systeem en de doorlooptijd van een product in een systeem zijn hierbij de meest in het oog springende prestatie-indicatoren. Voor het berekenen van deze indicatoren maakte ik gebruik van een in SIMULA’67 ontwikkelde bibliotheek van computerprogramma’s. Het te realiseren, dan wel het gerealiseerde, systeem werd vertaald in een model bestaande uit parallelle processen. Kanalen verbonden de processen en zorgden voor uitwisseling van informatie. De enige echte globale variabele in het model was de modeltijd. De modellen omvatten zowel een model van de inrichting als een model van de bijbehorende besturing.
Op deze wijze heb ik verschillende machines en netwerken op het gebied van het intern transport geanalyseerd. Pas veel later werd ik mij ervan bewust dat ik modellen bouwde waarbij ik de wereld beschouwde als een verzameling parallelle processen, waarbij objecten werden getransporteerd via kanalen. En waarbij zowel de processen van de inrichting als de processen van de bijbehorende besturing expliciet werden gemodelleerd.
De naam van de vakgroep waarin ik in 1980 werkte was de groep Techniek van Intern Transport. Die stond onder leiding van prof. Cor Jonkers van de faculteit Werktuigbouwkunde van de (toen nog) Technische Hogeschool Twente. Sinds mijn benoeming aan de TU/e in 1985 heb ik mijn onderzoek uitgebreid met fabricage-machines en fabricagenetwerken. Ook binnen het applicatiegebied van de fabri-cage bleek het mogelijk om het paradigma van parallelle processen toe te passen. De afgelopen 30 jaar is mijn fascinatie voor deze parallelle processen gebleven. En daar wil ik u in dit afscheidscollege graag meer over vertellen.
Ik zal afronden met enkele gedachten over de taak van de universiteit en een ten slotte.
Anno 2010 zijn wij zijn omgeven door embedded systemen. Een embedded systeem bestaat uit fysieke (een inrichting met actuatoren en sensoren) en controle componenten (regel- en besturingscomponenten). In Angelsaksische landen spreekt men over 'physical components’ en 'control components’. De laatste bestaan uit 'resource controller(s)’ en 'supervisory controller(s)’. Figuur 1 geeft schematisch de opbouw van een embedded systeem weer.
Het regelsysteem zorgt ervoor dat ieder deel van de inrichting op een gewenste manier in een gewenste positie komt. Het besturingssysteem coördineert het gedrag tussen de verschillende delen van de inrichting. De regeling en de be-sturing zorgen ervoor dat het systeem de functies uitvoert zoals beschreven in een programma van eisen (requirements).
Embedded systemen
figuur 1
Een gebruiker (user) stuurt het systeem aan en voorziet het van taken via een besturing. Deze taken worden in de besturing opgedeeld naar commando’s. De commando’s worden in de besturing verder opgesplitst en verzonden naar regelaars. De regelaars op hun beurt sturen via actuatoren de inrichting aan. De sensoren van de inrichting melden de toestand (state) van de inrichting terug aan de regelaars. De regelaars zijn weer verbonden met de besturing.
Het gedrag van de besturing wordt meestal beschreven door discrete gebeurte-nissen (discrete-events). Het gedrag van de regelaars wordt meestal beschreven door differentiaal- en algebraïsche vergelijkingen (continuous-time). Door de discrete en continue wijze van beschrijving van het gedrag van embedded systemen spreekt men ook wel van hybride systemen.
Een illustratie van een embedded systeem is een systeem voor het vullen van flessen, zie figuur 2.
De functie van dit systeem bestaat uit het afvullen van flessen. De inrichting omvat twee delen: een tank T en twee vulinrichtingen F. De tank is verbonden met de vulinrichtingen door middel van twee afsluitbare leidingen. De tank wordt met een constant debiet Qin gevuld. Transportbanden voeren lege flessen aan. Zodra een lege fles aanwezig is, wordt deze gevuld. Nadat een fles is gevuld, wordt deze afgevoerd.
figuur 2
Engineering van een embedded systeem
Door de eeuwen heen heeft de mens zich beziggehouden met het ontwerpen, realiseren en onderhouden van systemen.
Schematisch kan deze traditionele engineering als volgt worden beschreven: op basis van een programma van eisen van het gewenste systeem ontstaat een globaal ontwerp. Aan de hand hiervan stelt men het programma van eisen op voor de verschillende delen van het systeem. Van deze delen maakt men ontwerpen. En worden de deelontwerpen gerealiseerd. Deze realisaties test men afzonderlijk op hun programma van eisen. Vervolgens bouwt men het geheel tot een systeem, waarna het volledige systeem wordt getest.
Uitgaande van slechts één component P en één component C geeft figuur 3 deze traditionele engineering weer.
Component P kan worden geassocieerd met de inrichting (plant), component C met de regeling of besturing (control). De documenten en de realisaties zijn weer-gegeven door document en vierkantsymbolen. Hierin representeert S het gehele systeem, en P en C de componenten. Het programma van eisen is weergegeven door index R (requirements) en het ontwerp door index D (design). De twee delen zijn met elkaar verbonden door interface I.
De komst van de microprocessor maakte het mogelijk dat systemen met meer functionaliteit kunnen worden ontwikkeld. Door de toegenomen functionaliteit kreeg engineering een multidisciplinair karakter. Mechanica-experts en regel-technici werken bijvoorbeeld samen met informatici. Vooral bij deze systemen is de traditionele engineering in termen van kwaliteit, doorlooptijd (time to market) en bijbehorende kosten niet altijd meer optimaal.
De laatste decennia is men tot het inzicht gekomen dat het wenselijk is om zoge-naamde executeerbare modellen te gebruiken voordat men tot realisatie van een
figuur 3
systeem overgaat. Een executeerbaar model is een model dat op een computer kan worden geëxecuteerd zodat het gedrag van het systeem duidelijk wordt. Ik bedoel hier dus geen schaalmodellen of prototypes. Het gebruik van executeer-bare modellen heeft daarnaast het voordeel dat onderzocht kan worden hoe gerealiseerde componenten zich gedragen in combinatie met andere nog te realiseren, virtuele, componenten. Op deze wijze kan de doorlooptijd van de engineering nog verder worden teruggebracht. Overigens kost het bouwen van een model ook tijd.
Figuur 4 geeft voor twee componenten P en C de modelgebaseerde engineering van een systeem weer.
De symbolen zijn conform figuur 3. De modellen zijn weergegeven door cirkel-symbolen.
Met modellen is het mogelijk om het gedrag van de componenten en van het totale systeem te onderzoeken. Hierbij kan men denken aan blokkeringen en pres-taties. Na analyse dient het systeem op basis van dit model, de specificatie dus, te worden gerealiseerd. Vaak wordt in de praktijk het model weggegooid. Men begint opnieuw na te denken over de bouw van het systeem. Dit is een kost-bare werkwijze die bovendien gevoelig is voor fouten. Als nu ook nog later de eisen van het systeem moeten worden aangepast, dan past men vaak rechtstreeks de realisatie aan en laat het model terzijde liggen. Na enige aanpassingen is de bruikbaarheid van het model verdwenen.
De vraag dringt zich op welk formalisme geschikt is voor deze vorm van engineering.
figuur 4
In de ingenieurswetenschappen wordt een model opgesteld met behulp van een wiskundig formalisme. In de werktuigbouwkunde worden bijvoorbeeld diffe-rentiaalvergelijkingen gebruikt om stroming en warmte, sterkte en stijfheid en regelaars te beschrijven.
Toen ik in 1980 begon met het analyseren van transportsystemen was er in mijn ogen niet een voldoende krachtig formalisme beschikbaar om het gedrag van een ‘discrete-event’ systeem te beschrijven. De modelleerexpressiviteit van automaten om logische besturingen van machines te beschrijven was niet voldoende en de theorie van wachtrijen om netwerken te analyseren was nog onvoldoende ontwikkeld.
Vooral met het oog op de toekomst was het in mijn ogen essentieel dat een forma-lisme ook bruikbaar zou zijn voor het modelleren, analyseren, realiseren en be-sturen van grote systemen zoals men die aantreft in bijvoorbeeld de halfgeleider-industrie. Bij gebrek aan een geschikt formalisme, besloot ik om voor de analyse van systemen modellen te bouwen op basis van het paradigma van parallelle pro-cessen. Ditzelfde paradigma werd in de informatica gebruikt voor het beschrijven van het gedrag van parallelle processen in besturingssystemen van computers (operating systems).
De afgelopen 30 jaar hebben informatici mij (en later de sectie Systems Engineering) geholpen om een bruikbaar formalisme te ontwikkelen voor het beschrijven van het gedrag in transportsystemen, en later fabricagesystemen. De Twentse informaticagroep van prof. Coen Bron, een leerling van prof. E.W. Dijkstra, heeft mij de semafoor uitgelegd. Een prachtig concept om parallelle processen in besturingssystemen van computers te synchroniseren. Maar dit concept bleek ook geschikt te zijn voor het synchroniseren van parallelle processen in transportsystemen.
De Eindhovense informaticagroep van de te vroeg overleden prof. Martin Rem, ook een leerling van prof. Dijkstra, heeft ons geleerd om te redeneren over paral-lelle systemen. Het idee om een standaard programmeertaal, zoals Simula67, Algol68, Smalltalk80, C++ of Python als uitgangspunt te nemen hebben we toen verlaten. Vanaf dat moment begonnen we met het ontwerpen van eigen talen met
Formalisme
bijbehorende softwaregereedschappen om zo het gedrag van discrete en hybride modellen te kunnen modelleren en analyseren.
In 1995 kwam ik in contact met de logicus prof. Jos Baeten, leider van de sectie Formele Methoden aan de TU/e. Hij verrichtte onderzoek aan procesalgebra. Procesalgebra vertoont veel gelijkenis met algebra van de middelbare school: de syntaxis (schrijfwijze) en de semantiek (betekenis) van uitdrukkingen zijn een-duidig vastgelegd. Met procesalgebra kan het gedrag van systemen en de commu-nicatie tussen en binnen systemen, formeel worden vastgelegd en doorgerekend. De afgelopen jaren hebben onze secties samengewerkt aan een hybride algebra, genaamd χ (chi) (naar de Griekse letter H van hybride). Deze proces-algebra is een instrument om hybride industriële systemen op een compacte en modulaire wijze te modelleren, te verbeteren, te realiseren en te besturen. Door de sectie Systems Engineering is op basis van de formele semantiek van χ een aantal verschillende gereedschappen gebouwd waarmee modellen kunnen worden geanalyseerd. Voor het ontwerpen en bouwen van deze gereedschappen hebben we de hulp ingeroepen van de informaticus prof. Mark van den Brand, eerst werkzaam op het CWI en nu leider van de groep Software Technologie aan de TU/e. Ook bij deze gereedschappen streven we naar een solide formele basis.
Illustratie
Nu zal ik u tonen hoe de engineering verloopt voor de eerder geïntroduceerde illustratie van het systeem voor het vullen van flessen. Figuur 5 toont het ico-nische en het symbolische model van het systeem.
Het iconische model (figuur 5a) van het vulsysteem geeft de architectuur van het systeem weer. Het model bestaat uit besturing S (supervisory controller) die op basis van opdrachten van gebruiker U (user) regelaars C1en C2 (resource controllers) aanstuurt. Iedere regelaar C zorgt ervoor dat op de juiste momenten flessen aan- en afgevoerd worden. Iedere regelaar bedient daarnaast vulklep Q tussen tank T en zijn vuleenheid F. In dit model ziet u de lagen met gebruiker, besturingen, regelaars en inrichting terugkomen. Alle componenten zijn gemodel-leerd als parallelle processen, aangegeven door cirkels. De processen zijn met elkaar verbonden door kanalen (aangegeven door een pijl) en door gedeelde variabelen (shared variables; aangegeven door een lijn met een cirkeltje). Figuur 5b beschrijft de procesdefinities van gebruiker U, besturing S, regelaar C, vulinrichting F en tank T. Het complete model bestaat uit instanties van deze definities met kanalen en variabelen. Gebruiker U is beschreven in de vorm van discrete gebeurtenissen. De gebruiker stuurt opdrachten om per keer 24 flesjes te vullen. De besturing S stuurt 24 keer een opdracht om een enkel flesje te vullen.
Vulinrichting F en tank T zijn op een hybride wijze beschreven. Vulsysteem 1 is ongeveer twee keer zo snel als Vulsysteem 2. Dit model kan gesimuleerd worden. Het resultaat van de simulatie is weergegeven in figuur 6.
Figuur 6a toont de waarde van het volume van de tank als functie van de tijd. Het volume beweegt zich tussen 30.0 en 32.5 eenheden. Figuur 6b toont de
a
figuur 5
Iconisch en symbolisch model van het vulsysteem b
waarde van het volume in de flesjes. Als het volume in een flesje 10 eenheden bedraagt, dan is het flesje afgevuld en wordt na een kleine transporttijd een leeg flesje onder een vulopening geplaatst. De waarde van het volume verandert zowel continu (tijdens het vulproces) als discreet (na omschakeling naar een nieuw flesje).
Het is mogelijk om alle toestanden en toestandsovergangen van een systeem te berekenen, resulterend in een zogenaamde toestandsgraaf, zie figuur 7a. In de figuur komt tot uitdrukking dat het mogelijk is dat meerdere paden vanuit één toestand kunnen worden gekozen. Dit zogenaamde niet-deterministisch
figuur 6
Experiment van het vulsysteem
a b
figuur 7a
gedrag komt niet tot uiting in de simulatieresultaten: een simulator kiest altijd één pad.
Technieken zoals die worden ontwikkeld door de Visualisatiegroep van prof. Jack van Wijk aan de TU/e kunnen hierbij het inzicht in het gedrag van het systeem vergroten, zie figuur 7b.
figuur 7b
Figuur 7b is een driedimensionale weergave van de toestandsruimte. De toestan-den wortoestan-den weergegeven door bolletjes die met elkaar zijn verbontoestan-den door lijnen die de toestandsovergangen weergeven. De begintoestand bevindt zich boven in de figuur. De verticale positie van een toestand in de figuur is gerelateerd aan het aantal toestandsovergangen tussen de begintoestand en de toestand zelf. De blauwe toestanden geven het pad aan dat het systeem vanuit de begintoe-stand heeft doorlopen om bij de rode toebegintoe-stand uit te komen. De rode toebegintoe-stand is een toestand waarin het voor het systeem mogelijk is om klep 1 dan wel klep 2 te openen. Dit leidt tot de paarse, respectievelijk de lichtblauwe toestand.
Het analyseren van de toestandsruimte noemt men verificatie. In een aantal gevallen is verificatie onmisbaar. In de praktijk is het nog niet altijd mogelijk om systemen volledig te verifiëren door de zeer grote toestandsgraaf. Na uitvoerige analyse van ontwerp (en meestal herontwerp) en het opnieuw modelleren van delen van het systeem, kan tot realisatie van de modellen worden overgegaan.
Deze modelgebaseerde aanpak heeft het voordeel dat het gedrag van delen van het systeem kan worden onderzocht in samenhang met modellen van andere delen van het systeem. Deze vorm van zogenaamde ‘rapid prototyping’ (sommigen spreken van ‘early integration’) is weergegeven in figuur 8.
Deze werkwijze kan leiden tot verdere doorlooptijdverkorting met behoud van de kwaliteit van het gehele systeem.
figuur 8
De afgelopen decennia hebben we modellen en realisaties van machines en van netwerken gebouwd, of delen daarvan, volgens de boven beschreven methode. We hebben kleine systemen gebouwd om te onderzoeken of de gekozen taal-elementen wel optimaal waren vanuit een oogpunt van modelleerconcept. Deze studies zijn altijd in eigen laboratoria uitgevoerd.
Ook zijn modellen gebouwd van grote industriële systemen. Deze modellen waren bedoeld om het modelleercomfort en de schaalbaarheid van de taal te onder-zoeken. Eveneens zijn modellen gebouwd voor zeer verschillende applicatie-gebieden om de bruikbaarheid in andere domeinen vast te stellen. Soms zijn modellen gebouwd om gewoon een industrieel probleem op te lossen.
Voorbeelden zijn modellen van zuivelfabrieken, frisdrankfabrieken, bierbrouwe-rijen, koekfabrieken, fabrieken en machines uit de halfgeleiderindustrie, kopieer-machines, plaatsingskopieer-machines, fabrieken voor de fabricage van lantaarnpalen, opslagmagazijnen, chemische reacties in destillatiekolommen en biochemische reacties zoals de afbraak van suiker in het menselijk lichaam.
Van oudsher worden machines bestuurd door een nokkenas. Leuke voorbeelden daarvan vindt u nog in het Philips Museum hier in Eindhoven. Later zijn deze besturingen vervangen door relaiskasten en PLC’s (programmable logic controllers).
De groep van prof. Coen Bron had in Twente voor mij een Modulair Pascal vertaler voor de PDP11-procescomputer ontwikkeld. Het was mogelijk om parallelle pro-gramma’s hiermee ‘real-time’ uit te voeren. Deze wijze van beschrijven gebruikten we in 1984 met succes om onder meer een fabricagelijn voor fietsbinnenbanden te automatiseren. Van deze applicatie hebben we veel geleerd over de aard van de machinebesturingen. Onder andere dat de hoeveelheid code voor de besturing in een ideale machine slechts 10-15% bedraagt van de totale hoeveelheid code in een echte machine.
In 1986 hebben deze ervaringen in Eindhoven aanleiding gegeven tot onderzoek op het gebied van het afhandelen van excepties in machines met parallelle pro-cessen. Uitgangspunt van het onderzoek was om de afhandeling van de excepties gestructureerd te laten verlopen. We hebben een oplossing voor het probleem gevonden. Toen we inzagen dat geen enkele modelleur of programmeur deze in-gewikkelde oplossing ooit zou gaan gebruiken, zijn we in 1993 met dit onderzoek gestopt. Het probleem bleef wel aan ons knagen.
In 1980 is in Toronto onder leiding van prof. W.M. Wonham onderzoek gestart naar het besturen van ‘discrete-event’ systemen. Het gedrag van een inrichting (plant) kan worden beschreven door toestanden (states) en toestandsovergangen (transitions) met behulp van zogenaamde toestandsmachines (automata). Er worden twee typen toestandsovergangen onderscheiden, namelijk bestuurbare (controllable) en onbestuurbare (uncontrollable). De actuatoren worden aange-stuurd door bestuurbare overgangen, terwijl de sensoren onbestuurbare over-gangen genereren. Ook is het mogelijk om de eisen die aan een systeem worden gesteld te beschrijven met behulp van deze toestandsmachines.
Door prof. Wonham is nu theorie ontwikkeld om met behulp van het model van de onbestuurde machine en de gestelde eisen aan de machine een besturing auto-matisch te genereren. Men spreekt ook wel van synthetiseren. Figuur 9 toont schematisch de synthesegebaseerde engineering.
De toestandsruimte van de onbestuurde machine kan zo groot worden dat het geheugen van de computer te klein is: toestandsexplosie maakt berekening van de supervisor onmogelijk. Een ongeregelde machine met tien miljard toestanden is heel gewoon. In de loop der jaren zijn allerlei varianten ontwikkeld om ook voor redelijk grote systemen besturingen te synthetiseren.
De laatste decennia zijn er ook binnen de sectie nieuwe theorieën ontwikkeld, voor onder meer modulaire en hiërarchische besturingen. Langzamerhand wordt het mogelijk om deze methode industrieel te gaan gebruiken. En zo hebben we toch weer voortgang geboekt in het besturen van complexe parallelle processen in machines. Er is wel een groot verschil: vroeger ontwikkelden we een model van de inrichting en van de besturing, nu maken we een model van de inrichting en een model van de aan de besturing gestelde eisen.
Deze werkwijze heeft grote voordelen voor de kwaliteit van de besturing en voor de verkorting van de generatietijd van de besturing. Deze werkwijze zal bovendien gevolgen hebben binnen teams van werktuigbouwkundigen, elektrotechnici, informatici en programmeurs. Multidisciplinaire teams dus, die deze systemen ontwerpen en bouwen. Zo wordt validatie van de code vervangen door validatie van de eisen.
De afgelopen jaren hebben we deze theorie met succes toegepast in verschillende industriële projecten. De zojuist beschreven werkwijze is hierbij enthousiast ontvangen.
Ter illustratie wil ik u iets vertellen over de besturing van een tafel voor de onder-steuning van een patiënt die in een MRI-scanner wordt onderzocht. In figuur 10 is het systeem weergegeven.
figuur 9
Het complete onbestuurde systeem, bestaande uit de patiëntondersteuningstafel (patient support table) en het bedieningspaneel (user interface), is gemodelleerd door 27 relatief eenvoudige componenten die samen 6,3 miljard toestanden repre-senteren. Aan de besturing worden verschillende eisen gesteld. Bijvoorbeeld de eis dat de tafel verticaal mag bewegen zolang de tafel zich buiten de magneet (bore) bevindt. Of de eis dat de motor van de tafel moet worden uitgeschakeld als de tafel zich in een eindpositie bevindt. In totaal zijn er ongeveer 60 van dergelijke eisen geformuleerd. De door synthese verkregen supervisor bestaat uit 14 modulaire supervisors, met 20 tot 2000 toestanden ieder. Met behulp van simulatie is het model gevalideerd. Als volgende stap is de supervisor gekoppeld aan een echte installatie. Het bleek dat de ‘echte’ supervisor zich conform de verwachting gedroeg en dat de doorlooptijd kort was.
Met deze vorm van ‘rapid prototyping’ hebben we geïllustreerd dat synthese-gebaseerde engineering in de industriële praktijk werkt.
De verkregen resultaten blijken karakteristiek te zijn voor andere professionele systemen, zoals kopieermachines. De markt voor professionele machines vraagt om steeds nieuwe functionaliteit in deze machines. Een aantrekkelijke eigenschap van (de technologie van) het synthetiseren van supervisors voor deze machines is dat nieuwe eisen aan het systeem eenvoudig en vooral snel in de werkelijke besturing kunnen worden opgenomen.
figuur 10
Het feest van de synthese van besturingen moet mijn inziens nog echt beginnen. Ook niet zo vreemd als men bedenkt dat Isaac Newton de eerste publicatie over differentiaalvergelijkingen in 1687 heeft geschreven en dat Alan Turing, die als grondlegger van de informatica kan worden beschouwd, zijn eerste artikel over automaten en berekenbaarheid van functies in 1936 schreef. Computers ver-schenen pas in de Tweede Wereldoorlog (Suze, Z3, 1941; US Army, ENIAC, 1946).
Naast het onderzoek naar het gedrag van machines en hun besturingen is binnen de sectie onderzoek uitgevoerd op het gebied van het gedrag van netwerken. Als applicatiegebied hebben we ons voornamelijk beperkt tot fabricagesystemen. De ontwikkelde theorie is overigens ook toe te passen in andere domeinen, zoals verkeerssystemen, supermarkten, ziekenhuizen, verzekeringsbedrijven en zelfs biologische netwerken.
Procesalgebra is ook gebruikt om het gedrag van fabricagelijnen te analyseren en te begrijpen. Zodoende is het mogelijk om doorzet en doorlooptijden in een bestaande lijn of netwerk uit te rekenen.
Voor het berekenen van een optimaal netwerk, bijvoorbeeld hoeveel machines er nodig zijn om een bepaalde doorzet te bereiken, of hoe de leverbetrouwbaarheid van een systeem kan worden vergroot, zijn wiskundige optimaliseringstechnieken noodzakelijk.
Binnen de sectie is onderzoek verricht naar het ontwikkelen en het gebruiken van simulatiegebaseerde optimaliseringstechnieken voor netwerken van machines die stochastisch gedrag vertonen. Een geautomatiseerde bewerking op zichzelf vertoont geen stochastisch gedrag: de bewerkingstijd, of procestijd, voor één en hetzelfde type product is altijd hetzelfde. In ieder geval hoort dat zo te zijn. Door bijvoorbeeld verschillende recepturen, omstellen en storingen varieert de procestijd zoals het product dat op het werkstation ervaart.
De vraag is vervolgens: hoe groot is de procestijd en de variabiliteit van de procestijd op het werkstation? Dit brengt mij bij het onderzoek naar effectieve procestijden (EPT).
Effectieve procestijden (EPT)
Ruim 10 jaar geleden is een model gemaakt van een halfgeleiderfabriek in Nijmegen. Het doel van dit simulatiemodel was om de doorzet in de fabriek en de productdoorlooptijd te analyseren. We beschikten over de recepturen van de te vervaardigen producten; de routering van de producten in de fabriek was bekend. Ook was informatie beschikbaar over alle geïnstalleerde machines met hun natuurlijke procestijd, de gemiddelde tijd tussen twee storingen (meantime between failure - MTBF) en de gemiddelde reparatietijd van een storing (mean
Netwerken
time to repair - MTTR). We veronderstelden dat de verdeling van deze twee para-meters exponentieel verdeeld was. Met deze informatie is een ‘discrete-event’ simulatiemodel gebouwd, waarmee experimenten zijn uitgevoerd, zie figuur 11.
Figuur 11a toont als functie van de tijd de doorlooptijd van ieder product in de fabriek. Figuur 11b toont als functie van de tijd de doorlooptijd van ieder product zoals berekend met het simulatiemodel. De werkelijke doorlooptijd is twee keer zo groot als in het model en de werkelijke spreiding is ook groter. Blijkbaar zijn de waarden voor de natuurlijke procestijd en voor de variabiliteit in de procestijd in het model te optimistisch gekozen. Het verschil kan worden verklaard door het niet meenemen van alle effecten, zoals het gedrag van operators en het verwaar-lozen van het omstellen van machines.
Aan de hand van een voorbeeld wil ik illustreren hoe we de zogenaamde effectieve procestijd van een werkstation kunnen bepalen uit de gemeten aankomsttijden en vertrektijden, zie figuur 12.
Figuur 12a toont het werkstation bestaande uit een buffer met oneindige capaci-teit en één machine. Figuur 12b toont een zogenaamd lot–tijd diagram. Op de x-as is de tijd weergegeven, op de y-as de producten.
Een product arriveert op tijdstip tA bij een werkstation en verlaat op tijdstip tD dit werkstation. Het product moet soms wachten in de buffer voor de machine omdat er zich nog een ander product in de machine bevindt. Soms verblijft het product langer in de buffer door afwezigheid van de operator of door omstellen van de machine. Soms verblijft het product langer in de machine door storing van de
MOS4YOU x
0
0 10 20 0 10 20 Simulation
Exit time [days]
Cy
cle time [days/lay
er]
figuur 11
Doorlooptijd van producten
machine. Al deze effecten veroorzaken langere effectieve procestijden. Uit het lot–tijd diagram kan voor ieder product de effectieve procestijd worden afgeleid. Voor alle producten in een bepaalde periode kan de gemiddelde effectieve proces-tijd worden berekend. Dit is een maat voor de doorzet. Voor alle producten in een bepaalde periode kan ook de variantie van de effectieve procestijd worden be-rekend. Deze gemeten waarden kunnen worden gebruikt in analytische of nume-rieke (bijvoorbeeld met simulatie) modellen van wachtrijen voor de berekening van de gemiddelde doorlooptijd en eventueel de leverbetrouwbaarheid van de producten.
Deze manier van werken hebben we toegepast op de gegevens van de half-geleiderfabriek. Het bleek dat de berekende doorlooptijden van de werkstations nu veel beter overeenkwamen met de werkelijke doorlooptijden.
De EPT-methode hebben we uitgebreid voor onder meer werkstations met meer-dere machines, voor werkstations met eindige buffers en voor werkstations waarbij de producten elkaar kunnen inhalen. Omdat de theoretische kennis van wachtrijen in de sectie niet voldoende was hebben we ongeveer 10 jaar geleden aansluiting gezocht bij de Operations Research groep van prof. Onno Boxma van de TU/e. De afgelopen jaren hebben we samengewerkt om deze wijze van aggre-gaatmodellering verder te ontwikkelen. We zijn in staat om doorlooptijden goed te voorspellen voor clusters van machines en voor gehele fabricagelijnen. Twee dagen geleden hebben we een promotie afgerond over deze aggregatie methode in een halfgeleiderfabriek in Crolles.
figuur 12
Werkstation en lot–tijd diagram a
Geregelde netwerken
In het zojuist behandelde onderzoek wordt een fabricagelijn beschouwd als een ‘discrete-event’ systeem. Een dergelijk systeem wordt gemodelleerd door discrete gebeurtenissen. Een andere manier is om een fabricagesysteem te beschrijven als een continuüm. Hierbij worden de producten niet meer afzonderlijk beschreven: de productstroom wordt beschouwd als een vloeistofstroom. De vloeistofstroom wordt gemodelleerd door gewone (of partiële) differentiaalvergelijkingen. Een belangrijk voordeel van het gebruik van deze continue beschrijvingswijze is dat theorie uit de (niet-lineaire) regeltechniek beschikbaar is om regelaars te kunnen ontwerpen voor het optimaal regelen van dergelijke fabricagelijnen. Daarnaast wordt het discrete gedrag, zoals het aanzetten, omstellen en uitzetten van machines, beschreven door discrete gebeurtenissen. Op deze wijze ontstaat een hybride model. Voor de beschrijving van dit model kan gebruik worden gemaakt van de eerder geïntroduceerde hybride procesalgebra.
Een schakelend werkstation (switching server)
Gedurende de samenwerking met de halfgeleiderfabrieken in Nijmegen viel ons op dat er soms sprake was van ophoping van producten in de diffusiefabriek (front-end fabricator). In deze fabriek wordt uit een plak zuiver silicium een wafer gepro-duceerd. Een kenmerk van een dergelijke fabriek is dat producten meerdere keren opnieuw in de fabricagelijn worden gebracht (re-entrant) en dat verschillende producten tegelijk worden geproduceerd. Machines worden dus omgesteld. Door de geavanceerde bewerkingstechnologie is de variabiliteit van de bewer-kingsprocessen hoog. Het verschijnsel van deze ophopingen werd niet begrepen omdat volgens berekeningen er voldoende capaciteit op de machines beschikbaar was. Deze casus heeft de inspiratie geleverd voor het onderzoek naar schakelende werkstations. Figuur 13 toont een werkstation met twee buffers en één machine en een grafiek van de zogenaamde periodieke baan.
Twee producten arriveren met constante snelheid λ1en λ2bij de buffers. De inhoud van de buffers wordt weergegeven door de variabelen x1en x2. De machine verwerkt de producten met een snelheid µ1en µ2. Het omstellen van de machine van producttype 1 naar producttype 2 duurt σ12, van type 2 naar 1 duurt σ21. De vraag luidt nu wanneer de machine moet worden omgesteld. Een eerste gedachte is om de volgende strategie te hanteren: werk aan producten uit buffer 1 totdat deze buffer leeg is, stel de machine om, werk aan producten van buffer 2 totdat deze buffer leeg is, stel de machine om, en herhaal deze werkwijze. Afhankelijk van de waarden van de gekozen parameters van λ, µ en σ blijkt dat de integraal van de werkcyclus van de hoeveelheid onderhanden werk niet altijd minimaal is. Soms is het beter om met omstellen te wachten.
Figuur 13b geeft de periodieke baan van de schakelende machine weer als functie van de bufferinhouden x1en x2. Duidelijk is de zogenaamde ‘slow-mode’ te zien. Hoewel buffer x1leeg is wordt niet direct geschakeld. De periode tussen twee schakelmomenten wordt langer, zodat er minder capaciteit verloren gaat door het schakelen. Het is natuurlijk wel lastig om de baan uit te rekenen. Voor het berekenen van een dergelijke baan wordt gebruik gemaakt van niet-lineaire opti-maliseringstechnieken. Het gedrag van een dergelijk systeem laat zich beschrijven met schakelende differentiaalvergelijkingen. Ook dit is een voorbeeld van een hybride systeem.
Deze niet-intuïtieve oplossing is bruikbaar voor het ontwerp van een regelaar. Voor het ontwerp van deze regelaar wordt gebruik gemaakt van niet-lineaire regeltechniek.
Het vernieuwende in dit onderzoek is dat er allereerst wordt uitgegaan van een gewenst gedrag van een systeem, waarna een bijbehorende regelaar wordt afgeleid.
De inzichten en resultaten van dit onderzoek zijn bruikbaar voor grotere toepas-singen. Bijvoorbeeld voor meer dan twee producten, voor meer dan één machine, en ook voor systemen met stochastisch gedrag. Ook kan het gedrag van twee of meer achter elkaar geplaatste werkstations met schakelende machines op deze wijze worden beschreven. De regeling van deze ketens is gecompliceerder. Het is mogelijk om dit concept te gebruiken voor ‘re-entrant’ fabricagelijnen, zoals de halfgeleiderfabrieken.
figuur 13
Werkstation met periodieke baan (λ1 = 3, λ2 = 1, µ1= 8, µ2= 9, σ12= 3, σ21= 1) a
De fabricagesnelheid µ van de machine kan gevonden worden door middel van de EPT-aggregatiemethode, zoals ik eerder heb verteld. Kennis opgedaan in dit applicatiegebied kan met succes worden toegepast in andere domeinen, zoals ver-keerssystemen met stoplichten. De auto’s zijn hierbij de producten, het schakelen van de stoplichten is analoog met het schakelen van de machines. Ook bij stop-lichten kost omschakelen tijd: eerst dient de kruising vrijgemaakt te worden voor-dat groen licht kan worden gegeven aan een andere verkeersstroom.
Een geregelde fabricagelijn
Binnen de sectie hebben we nog een andere onderzoekslijn om regelingen te ontwikkelen van fabricagenetwerken.
Het is een bekend fenomeen dat in fabricagesystemen, bestaande uit vele achter elkaar geplaatste werkstations, relatief kleine verstoringen grote oscillaties ver-oorzaken van de voorraad. Dit is het zogenaamde ‘bull-whip’ effect. In de industrie voorkomt men dit effect door gebruik te maken van zogenaamde pushsystemen met eindige voorraadbuffers (hierbij worden producten in wording het systeem ingedrukt) of door zogenaamde pullsystemen met voorraadbuffers (hierbij worden producten in wording het systeem uitgetrokken). In het laatste geval wordt de pro-ductie gestart na een autorisatiesignaal. Een uitvoeringsvorm van een pullsysteem is een zogenaamd ‘kanban’-systeem.
Deze werkwijze is bruikbaar wanneer er sprake is van een constante productie-snelheid. De situatie verandert bij een variabele productiesnelheid ten gevolge van bijvoorbeeld een variabele marktvraag.
De opgave in dit onderzoek is om in een veranderende markt producten zodanig te produceren dat het verschil tussen het aantal gemaakte producten en de markt-vraag zo klein mogelijk is. Met andere woorden: hoe wordt de hoeveelheid onder-handen werk in het systeem zo klein mogelijk gehouden?
Door het niet-lineair terugkoppelen van het verschil van het gemaakte aantal producten en het te maken aantal producten met de snelheid van de machine is dit mogelijk. Op het juiste moment wordt aan het werkstation dat zich stroom-opwaarts bevindt een signaal gegeven om de productie te starten.
Het blijkt dat de gevonden regeling bruikbaar is voor meerdere in serie geplaatste werkstations. Ieder werkstation kan hierbij bestaan uit een buffer met oneindige of eindige capaciteit en een machine. Figuur 14a toont een fabricagelijn met drie werkstations.
Het lastige van het vinden van een regeling is dat de machinecapaciteit begrensd is en dat de buffer tussen de werkstations helemaal leeg of helemaal vol kan zijn. We hebben aangetoond dat bij deze wijze van regelen geen ‘bull-whip’ effect optreedt. In figuur 14b zijn als functie van de tijd het gemaakte aantal producten
(de productie, y) en het gevraagde aantal producten (de marktvraag (market demand), yd) weergegeven. Duidelijk is te zien dat de productie de marktvraag volgt. Soms treedt er een verschil op tussen de productie en de marktvraag. Door een buffer met een capaciteit ter grootte van het maximale verschil tussen productie en marktvraag tussen het fabricagesysteem en de markt is het systeem altijd in staat om de marktvraag te volgen.
De tot dusver verkregen resultaten zijn eveneens bruikbaar voor het regelen van fabricagelijnen met in serie geschakelde werkstations en voor het regelen van ‘re-entrant’ fabricagelijnen.
figuur 14
Een geregelde fabricagelijn a
Multidisciplinaire systeemoptimalisering
Een geheel andersoortig onderzoek binnen de Systems Engineering is het ont-werpen van complexe systemen, zoals havens, vliegtuigen en auto’s, maar ook microsystemen. Vaak zijn deze systemen zo complex dat ze gesplitst worden in kleinere, beter behapbare, componenten. Deze componenten kunnen dan in principe afzonderlijk worden ontworpen. Het is hierbij moeilijk om rekening te houden met de onderlinge relaties tussen de componenten. Wat voor een compo-nent optimaal is, hoeft niet optimaal te zijn voor het gehele systeem. De vraag van het ontwerpen van het gehele systeem is hoe het gedistribueerd nemen van ontwerpbeslissingen gecoördineerd kan worden, zodanig dat een consistent en optimaal systeem wordt verkregen.
Binnen de Systems Engineering groep is onderzoek uitgevoerd naar coördinatie-methoden voor zulke systeemoptimaliseringsproblemen. In dit onderzoek is samengewerkt met de groep van prof. Panos Papalambros aan de Universiteit van Michigan en met prof. Fred van Keulen aan de Technische Universiteit Delft.
Container terminals
Een toepassing van het gebruik van parallelle processen in transportsystemen is een containerterminal. De afgelopen jaren is door prof. Jan Tijmen Udding onder-zoek verricht op het gebied van containerterminals met de bedoeling om de door-zet in een dergelijke terminal te vergroten. Hierbij dient een afweging te worden gemaakt met de investeringskosten en de operationele kosten. Studies hebben aangetoond dat het mogelijk is om met de bestaande middelen verdere groei te realiseren.
Continue-tijd fabricagelijnen
In de sectie is tevens onderzoek uitgevoerd op het gebied van de fabricage-systemen, onder verantwoordelijkheid van prof. Dieter Armbruster, waarbij het con-tinue-tijd karakter centraal stond. Hierbij is gekeken naar het gebruik van partiële differentiaalvergelijkingen voor het berekenen van doorzet en productdoorlooptijd in fabricagelijnen. Het bleek mogelijk om regelaars te ontwerpen die voor autori-satie van machines in een fabricagelijn zorgdragen. Daarnaast zijn biologische net-werken onderzocht vanwege hun sterke overeenkomsten met fabricagelijnen.
Overig onderzoek
Volgens de Wet op het Hoger onderwijs en Wetenschappelijk onderzoek (WHW) is de taak van de universiteit het verzorgen van wetenschappelijk onderwijs en het verrichten van wetenschappelijk onderzoek.
De medewerkers van de sectie hebben de afgelopen 25 jaar vele studenten, technologische ontwerpers en promovendi begeleid. We hebben geprobeerd om de eerder in de colleges geleerde stof bij de student operationeel te maken. Juist door zelf met de materie aan de slag te gaan leert de toekomstige ingenieur wat het ontwerpen, analyseren, realiseren en besturen van systemen inhoudt. Vooral de laatste 15 jaar hebben we geprobeerd om studenten aan afstudeer-opdrachten te laten werken die in het verlengde liggen van het sectieonderzoek. Op deze wijze hebben we gewaarborgd dat de student zowel met een acade-mische denkwijze als met een adequate kennis de universiteit verlaat. Samengevat hebben we geprobeerd om studenten, technologisch ontwerpers en promovendi bewust te maken van de rol die ze later moeten vervullen in de samenleving.
De afgelopen decennia is de omvang van het fundamentele wetenschappelijk onderzoek toegenomen door de maatschappelijke behoefte aan kennisver-nieuwing.
De omvang van het fundamentele industriële onderzoek zoals dat plaatsvond bij Nederlandse bedrijven, zoals het Koninklijke Shell Laboratorium in Amsterdam (KLSA), het Dr. Neher laboratorium van de PTT en het Natuurkundig Laboratorium (NatLab) van Philips is sterk afgenomen. Een deel van de afname van het indus-triële onderzoek wordt gecompenseerd door additioneel onderzoek van univer-siteiten, maar door het wegvallen van industriële onderzoekcentra verloopt het proces van de diffusie van fundamentele kennis moeizaam.
Hierdoor kan de Nederlandse industrie de kennis die op de universiteit wordt opgedaan, niet meer voldoende absorberen.
In de afgelopen 25 jaar heb ik het voorrecht gehad om met velen samen te werken.
De medewerkers van de sectie Systems Engineering wil ik bedanken voor de inspirerende samenwerking. Samen met oud-medewerkers Reinier Gerritzen, Frans Langemeijer, Peter Renders, Ad de Ron en Frans van Stiphout en huidige medewerkers Bert van Beek, Pascal Etman, Erjen Lefeber, Asia van de Mortel – Fronczak, Sasha Pogromsky, Henk van Rooy en Frans Soers is de sectie geworden wat zij nu is. Daarin betrek ik ook oud-deeltijdhoogleraar Theo Boshuisen en huidige deeltijdhoogleraren Dieter Armbruster en Jan Tijmen Udding en postdocs Yoni Nazarathy, Qin Li en Rong Su. Mieke Lousberg, officemanager, bedank ik voor de borging van de sociale cohesie.
Ik dank studenten, technologische ontwerpers en promovendi voor hun bijdragen aan het onderzoek.
Uw inspanningen hebben bijgedragen aan de resultaten. Met plezier denk ik terug aan de reis wij gezamenlijk hebben afgelegd.
Met enthousiasme heb ik deelgenomen aan het professionaliseren van de faculteit Werktuigbouwkunde. Ik bedank de decanen, Dick van Campen en René de Borst, en de directeur bedrijfsvoering Alfons Bruekers, voor de constructieve samen-werking in het faculteitsbestuur.
Binnen de universiteit wil ik prof. Jos Baeten bedanken voor de jarenlange samen-werking. Ik vind dat we samen voor drie telden. Dit is echt een vorm van systeem-denken. Ik wens hem veel succes als nieuwe hoogleraar Systems Engineering. Ik bedank prof. Onno Boxma en prof. Ivo Adan van de groep Operations Research voor de bijdragen aan het onderzoek op het gebied van de effectieve procestijd. Prof. Mark van den Brand wil ik bedanken voor de samenwerking op het gebied van de productie van software. Buiten de universiteit bedank ik prof. Jan van Schuppen van het CWI voor zijn hulp en expertise op het gebied van supervisors.
Tot slot
Tot slot wil ik de industrie bedanken voor de geboden mogelijkheid om onderzoek te toetsen. Zonder industriële toetsing verwordt academisch onderzoek tot l’art pour l’art. En dat is niet de bedoeling van onderzoek op een technische univer-siteit. Omgekeerd is het evenmin de bedoeling dat een technische universiteit het verlengstuk wordt van onderzoek en ontwikkeling in de industrie.
Modelgebaseerde engineering
N.C.W.M. Braspenning, J.M. van de Mortel - Fronczak, J.E. Rooda, A Model-based Integration and Testing Method to Reduce System Development Effort, ENTCS, 164(4), 13-28, (2006)
N.C.W.M. Braspenning, E.M. Bortnik, J.M. van de Mortel - Fronczak, J.E. Rooda, Model-based system analysis using Chi and UPPAAL: an industrial case study, Computers in Industry, 59(1), 41-54, (2008)
N.C.W.M. Braspenning, J.M. van de Mortel - Fronczak, J.E. Rooda, Modeling, analysis, and implementation of infrastructure for model-based integration and testing, Systems Research Forum, 2007(2), 3-10, (2008)
Modelgebaseerde integratie en testen
R. Boumen, I.S.M. de Jong, J.W.H. Vermunt, J.M. van de Mortel - Fronczak, J.E. Rooda, Test sequencing in complex manufacturing systems, IEEE Transactions SMC Part A: Systems and Humans, 38(1), 25-37, (2008) R. Boumen, I.S.M. de Jong, J.W.H. Vermunt, J.M. van de Mortel - Fronczak,
J.E. Rooda, Risk-based stopping criteria for test sequencing, IEEE Transactions SMC Part A: Systems and Humans, 38(6), 1363-1373, (2008) R. Boumen, S. Ruan, I.S.M. de Jong, J.M. van de Mortel - Fronczak, J.E. Rooda,
K.R. Pattipati, Hierarchical test sequencing for complex systems, IEEE Transactions SMC Part A: Systems and Humans, 39(3), 640-649, (2009) R. Boumen, I.S.M. de Jong, J.M.G. Mestrom, J.M. van de Mortel - Fronczak,
J.E. Rooda, Integration and test sequencing for complex systems, IEEE Transactions SMC Part A: Systems and Humans, 39(1), 177-187, (2009) N.C.W.M. Braspenning, R. Boumen, J.M. van de Mortel-Fronczak, J.E. Rooda,
Estimating and quantifying the impact of using models for integration and testing Computers in Industry, accepted, (2010)
Formalisme
E.M. Bortnik, N. Trcka, A.J. Wijs, B. Luttik, J.M. van de Mortel - Fronczak,
J.C.M. Baeten, W.J. Fokkink, J.E. Rooda, Analyzing a Chi model of a turntable system using Spin, CADP and Uppaal, JLAP, 65(2), 51-104, (2005)
D.A. van Beek, K.L. Man, M.A. Reniers, J.E. Rooda, R.R.H. Schiffelers, Syntax and Consistent Equation Semantics of Hybrid Chi, JLAP, 68(1-2), 129-210, (2006) D.A. van Beek, J.E. Rooda, R.R.H. Schiffelers, K.L. Man, M.A. Reniers, Relating
hybrid Chi to other formalisms, ENTCS, 191, 85-113, (2007) J.C.M. Baeten, D.A. van Beek, P.J.L. Cuijpers, M.A. Reniers, J.E. Rooda,
R.R.H. Schiffelers, R.J.M. Theunissen, Model-based engineering of embedded systems using the hybrid process algebra Chi, ENTCS, 209, 21-53, (2008) R.R.H. Schiffelers, R.J.M. Theunissen, D.A. van Beek, J.E. Rooda, Model-Based
Engineering of Supervisory Controllers using CIF, ECEASST, 21(9), 1-10, (2009)
D.A. van Beek, P. Collins, D.E. Nadales Agut, J.E. Rooda, R.R.H. Schiffelers, New Concepts in the Abstract Format of the Compositional Interchange Format, in 3rd IFAC Conference on Analysis and Design of Hybrid Systems; Editors: A. Giua, C. Mahulea, M. Silva, J. Zaytoon, Zaragoza, Spain, 250-255, (2009) C. Sonntag, R.R.H. Schiffelers, D.A. van Beek, J.E. Rooda, S. Engell, Modeling and
Simulation using the Compositional Interchange Format for Hybrid Systems, in MATHMOD 2009 - 6th Vienna International Conference on Mathematical Modelling; Editors: I. Troch and F. Breitenecker, Vienna, Austria, 640-650, (2009)
R.R.H. Schiffelers, A.Y. Pogromski, D.A. van Beek, J.E. Rooda, Hybrid Modeling and Simulation of plant/controller Combinations, in 3rd IEEE Multi-conference on Systems and Control; Saint Petersburg, Russian Federation, CD-ROM, (2009)
Besturing van machines
R.J.M. Theunissen, R.R.H. Schiffelers, D.A. van Beek, J.E. Rooda, Supervisory control synthesis for a patient support system, in Proc. European control conference; Budapest, Hungary, 4637-4652, (2009)
R. Su, J.H. van Schuppen, J.E. Rooda, Aggregative synthesis of distributed supervisors based on automaton abstraction, IEEE Trans. on Aut. Control, accepted, (2010)
R. Su, J.H. van Schuppen, J.E. Rooda, Model abstraction of nondeterministic finite-state automata in supervisor synthesis, IEEE Trans. on Aut. Control,
accepted, (2010)
R. Su, J.H. van Schuppen, J.E. Rooda, A.T. Hofkamp, Non-conflict check by using sequential automaton abstractions, Automatica, accepted, (2010)
Effectieve procestijd
J.H. Jacobs, L.F.P. Etman, E.J.J. van Campen, J.E. Rooda, Characterization of operational time variability using effective process times, IEEE Trans. Semiconduct. Manufact., 16(3), 511-520, (2003)
A.J. de Ron, J.E. Rooda, Equipment Effectiveness: OEE revisited, IEEE Trans. Semiconduct. Manufact., 18(1), 190-196, (2005)
J.H. Jacobs, P.P. Van Bakel, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, Quantifying variability of batching equipment using effective process times, IEEE Trans. Semiconduct. Manufact., 19(2), 269-275, (2006)
A.A.A. Kock, F.J.J. Wullems, L.F.P. Etman, I.J.B.F. Adan, F. Nijsse, J.E. Rooda,
Performance Measurement and Lumped Parameter Modeling of Single Sever Flow lines Subject to Blocking: An Effective Process Time Approach,
Computers & Industrial Engineering, 54, 866-878, (2008)
A.A.A. Kock, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, Effective process times for multi-server tandem queues with finite buffers, IIE Transactions, 40, 177-186, (2008) A.A.A. Kock, C.P.L. Veeger, L.F.P. Etman, B. Lemmen, J.E. Rooda, Lumped parameter
modeling of the litho cell, Production Planning & Control, accepted, (2010) C.P.L. Veeger, L.F.P. Etman, J. van Herk, J.E. Rooda, Generating CT-TH-PM surfaces
using EPT-based aggregate modeling, Journal of Simulation, accepted, (2010) R. Andriansyah, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, Flow Time Prediction for a Single-Server
Order Picking Workstation using Aggregate Process Times, International Journal on Advances in Systems and Measurements, accepted, (2010) C.P.L. Veeger, L.F.P. Etman, J. van Herk and J.E. Rooda. Generating Cycle
Time-Throughput Curves using Effective Process Time based Aggregate Modeling. IEEE Transactions on Semiconductor manufacturing, accepted, (2010)
Een schakelend werkstation
E. Lefeber, J.E. Rooda, Controller design of switched linear systems with setups, Physica A, 363(1), 48-61, (2006)
E. Lefeber, J.E. Rooda, Controller Design for Flow Networks of Switched Servers with Setup Times: the Kumar-Seidman Case as an Illustrative Example, AJC, 10(1), 55-66, (2008)
V. Feoktistova, A.S. Matveev, E. Lefeber, J.E. Rooda, 2-Designs of optimal switching feedback decentralized control policies for re-entrant queueing networks: A case study, IMS’10, Lisbon (2010)
Een geregeld werkstation
G.N. Kommer, B. Andrievsky, A.Y. Pogromsky, J.E. Rooda, Discrete-event implementation of observer-based feedback control of manufacturing systems, in 2009 Multi-conference on Systems and Control; St. Petersburg, Russian Federation, CD-ROM, (2009)
A.Y. Pogromsky, B. Andrievsky, J.E. Rooda, Observer-based Production control of Manufacturing Machines, in 3th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing (INCOM 2009); Moscow, Russian Federation, CD-ROM, (2009)
K. Starkov, A.Y. Pogromski, J.E. Rooda, Variable structure control of a line of manufacturing machines, IMS’10, accepted, Lisbon (2010)
K. Starkov, A.Y. Pogromsky, J.E. Rooda, Production error analysis for a line of manufacturing machines, variable structure control approach, APMS 2010, Cernobbio, (2010)
Multidisciplinaire systeemoptimalisering
L.F.P. Etman, M. Kokkolaras, A.T. Hofkamp, P.Y. Papalambros, J.E. Rooda, Coordination specification in distributed optimal design of multilevel systems using the Chi language, Struct Multidisc Optim, 29(3), 198-212, (2005)
S. Tosserams, L.F.P. Etman, P.Y. Papalambros, J.E. Rooda, An Augmented Lagrangian Relaxation for Analytical Target Cascading using the Alternating Directions Method of Multipliers, Struct Multidisc Optim, 31(3), 176-189, (2006)
S. Tosserams, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, Augmented Lagrangian coordination for distributed optimal design in MDO, Int. J. Numer. Meth. Engng, 73(13), 1885-1910, (2008)
S. Tosserams, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, Block-separable Linking Constraints in Augmented Lagrangian Coordination, Struct Multidisc Optim, 37(5), 521-527, (2009)
S. Tosserams, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, A classification of methods for distributed system optimization based on formulation structure, Struct Multidisc Optim, 39(5), 503-517, (2009)
S. Tosserams, M. Kokkolaras, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, A non-hierarchical formulation of Analytical Target Cascading, J. Mech. Design, 132(5), 051002, (2010)
S. Tosserams, A.T. Hofkamp, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, A specification language for problem partitioning in decomposition-based design optimization, Struct Multidisc Optim, DOI 10.1007/500158-010-0512-7, (2010)
S. Tosserams, L.F.P. Etman, J.E. Rooda, A micro-accelerometer MDO benchmark problem, Struct Multidisc Optim, 41(2), 255-275, (2010)
Containerterminals
M.P.M. Hendriks, M. Laumanns, E. Lefeber, J.T. Udding, Robust cyclic berth planning of container vessels, OR Spectrum, accepted, (2010) M. Laumanns, R. Zenklusen, K. Schuepbach, M.P.M. Hendriks, E. Lefeber,
J.T. Udding, Robust Adaptive Resource Allocation in Container Terminals, in Proceedings of the Conference on Uncertainty and Robustness in Planning and Decision Making; Coimbra, Portugal, CD ROM, (2010)
A.H. Gharehgozli, Y. Yu, M.B.M. de Koster, J.T. Udding, Managing the Number of Container Reshuffles using a Shared Stacking Policy, in Proceedings of the 2009 Conference on Value Chain Sustainability (ICOVACS 2009); Editors: Sunderesh Heragu, Jalal Ashayeri, Oznur Yurt, ISBN 978-0-615-36016-4, Louisville, KY, United States, 199-204, (2010)
Fabricagelijnen
D.M.L. Perdaen, H.D. Armbruster, K. Kempf, E. Lefeber, Controlling a re-entrant manufacturing line via the push-pull point, Int Journ of Prod Res, 46(16), 4521-4536, (2008)
M. La Marca, H.D. Armbruster, M. Herty and C. Ringhofer, Control of continuum models of production systems, accepted, IEEE Transactions on automatic control (2010)
H.D. Armbruster, J. Nagy, E.A.F. van de Rijt, J.E. Rooda, Dynamic Simulations of Single-Molecule Enzyme Networks, J. Phys. Chem. B, 113(16), 55537-5544, (2009)
Een uitgebreide literatuurlijst en een lijst van ‘SE Reports’ is te vinden op de website van de sectie: http://se.wtb.tue.nl.
Koos Rooda (1945) studeerde technisch-economische levensmiddelentechnologie aan de Landbouw Hogeschool te Wageningen. Na zijn afstuderen werd hij wetenschappelijk medewerker bij de vakgroep Techniek van het Intern Transport, faculteit Werktuigbouwkunde, aan de Technische Hogeschool Twente te Enschede. Hij promoveerde op berekeningen van schokgolven in graansilo’s. Na zijn promotie in 1977 hield hij zich bezig met het ontwerpen en analyseren van transport-systemen.
In 1985 werd hij aan de TU/e benoemd tot hoogleraar Automatisering van de Produktie, later Systems Engineering. Hij verdiepte zich onder meer in het ontwikkelen van een procesalgebra om het parallelle gedrag in machines en netwerken van machines wiskundig te kunnen beschrijven.
Curriculum vitae
Prof.dr.ir. J.E. Rooda was van 1 mei 1985 tot 1 april 2010 als voltijdhoogleraar Systems Engineering werkzaam bij de faculteit Werktuigbouwkunde van de Technische Universiteit Eindhoven.
Colofon Productie Communicatie Expertise Centrum TU/e Communicatiebureau Corine Legdeur Fotografie cover Rob Stork, Eindhoven Ontwerp Grefo Prepress, Sint-Oedenrode Druk Drukkerij van Santvoort, Eindhoven ISBN 978-90-386-2286-6 NUR 978 Digitale versie: www.tue.nl/bib/
Bezoekadres Den Dolech 2 5612 AZ Eindhoven Postadres Postbus 513 5600 MB Eindhoven Tel. (040) 247 91 11 www.tue.nl
