Nexor - Cyber-fysische systemen ten bate van de vierde industriële revolutie 01/01/2021 - 31/12/2026

Abstract

De vierde industriële revolutie (Industrie 4.0 zoals het vaak wordt genoemd) wordt aangedreven door extreme digitalisatie, mogelijk gemaakt door een enorme rekenkracht, gestuurd door slimme machines en draadloze netwerken. In de laatste zes jaar heeft Nexor — een multidisciplinair samenwerkingsverband tussen vier Antwerpse onderzoekslaboratoria — daar een solide portfolio opgebouwd. Momenteel versterken we het consortium om ons toe te laten door te groeien tot een gevestigde waarde in het Europese landschap. Het voorliggende projectvoorstel beschrijft onze plannen voor 2021 - 2026, met de expliciete bedoeling om industriële partners in staat te stellen hun Industrie 4.0 uitdagingen aan te pakken. We volgen daarbij een vraaggedreven aanpak, om toekomstige partners te overtuigen onze innovatieve ideeën op te pikken. We mikken daarbij onder andere op gezamenlijke onderzoeksprojecten (TRL5—7) en licentieovereenkomsten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Dotatie i.k.v. structurele samenwerking met Flanders Make. 01/01/2021 - 31/12/2021

Abstract

Flanders Make heeft als missie het versterken van de internationale competitiviteit van de Vlaamse maakindustrie op lange termijn door industriegedreven, precompetitief, uitmuntend onderzoek uit te voeren op het gebied van mechatronica, productontwikkelingsmethodes en geavanceerde productietechnologieën en door valorisatie in deze domeinen te maximaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Digital Twins voor Continuous Deployment in Modelgebaseerd Systeem Engineering van Cyber-Fysieke Systemen. 01/11/2020 - 31/10/2022

Abstract

Cyber-Fysieke Systemen (Cyber-Physical Systems of CPS) moeten steeds langer operationeel zijn. Bijgevolg is het mogelijk dat de initiële vereisten van het system veranderen, waardoor het systeem continu moet worden bijgewerkt. De updates moeten doorheen de levensloop van het systeem continu worden uitgerold (ook wel het principe Continuous Deployment). De DevOps methodologie voorziet een gestructureerde, kwaliteit garanderende manier om dit te doen, want het integreert het ontwikkelen (Development) en het gebruiken (Operations) van het systeem in een continue cyclus. DevOps wordt veelal toegepast in softwareontwikkeling, maar nog niet in het ontwerp van CPS, dat op een modelgebaseerde manier verloopt (Model Based-Systems Engineering of MBSE). Dit komt omdat er nog verscheidene moeilijkheden zijn alvorens DevOps in MBSE kan worden toegepast. Mijn focus is om de fundamenten voor continuous deployment in veiligheids-kritische CPS te creëren, gebruik makend van digital twins van het CPS.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Deterministische en goedkope realisaties van geavanceerde controle (DIRAC-SBO). 12/06/2020 - 31/08/2029

Abstract

De mechatronische machinebouw en productie-industrie wordt momenteel geconfronteerd met verschillende regeltechniekuitdagingen die eenvoudige PID-regelaars en dergelijke niet aankunnen: systemen worden steeds complexer, moeten voldoen aan beperkingen, moeten rekening houden met economische doelstellingen en moeten effectief omgaan met waardevolle informatie. Model Predictive Control (MPC) is de enige geavanceerde besturingsaanpak die al deze uitdagingen kan aanpakken, en dit dankzij het modelmatige en op optimalisatie gebaseerde karakter. Toch belemmert de op optimalisatie gebaseerde aard van MPC momenteel een brede toepassing in industriële mechatronische systemen: de huidige MPC-implementaties zijn duur in termen van reken- en geheugenbronnen, de rekentijd is niet-deterministisch en daarom kunnen MPC-algoritmen niet worden gecertificeerd om met een bepaalde bemonsteringssnelheid te werken, de ontwikkeling en toepassing van MPC is niet eenvoudig en brengt hoge techniekkosten met zich mee omdat de juiste hulpmiddelen ontbreken. Het project "Deterministische en goedkope Realisaties van Geavanceerde Controle" (DIRAC) streeft naar een doorbraak van MPC in de mechatronische/machinebouw/fabricage industrie door het oplossen van alle belemmerende elementen door middel van prestaties die draaien om de drie trefwoorden in de titel:  - Deterministisch: Er zullen nieuwe MPC-algoritmen en -benaderingen worden ontwikkeld die betrouwbaar kunnen werken bij een bepaalde bemonsteringssnelheid, evenals methoden om hun slechtst denkbare rekentijden en controleprestaties te verifiëren.  - Goedkoop: Er zullen implementaties worden gecreëerd die "full-blown" (=onlineaire niet-lineaire optimalisatie met high fidelity modellen) MPC benaderen en dus kunnen draaien op goedkope computer hardware met een kwantificeerbare impact op de controleprestaties die vooraf wordt berekend.  Er zal een modulaire MPC toolbox worden ontwikkeld die de ontwikkeling, tuning en validatie van geavanceerde controle mogelijk maakt tegen beheersbare technische kosten. - Realisaties: We zullen de MPC toolbox en het potentieel van MPC demonstreren op industrieel relevante demonstratoren en validatiegevallen om de status-quo in de controlepraktijk te doorbreken, de acceptatie te bevorderen en de Vlaamse industrie te inspireren.  Het overkoepelende tastbare, herbruikbare generieke resultaat van dit project is een toolbox die het ontwerp van niet-lineaire MPC-controllers vereenvoudigt en methodologische vooruitgang in solvers, benaderingen en validatietechnieken aan de vingertoppen van controlebeoefenaars brengt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Een infrastructuur voor collaboratief ontwerp (CDF-Infra) 01/06/2020 - 31/05/2022

Abstract

Met de evolutie naar slimme, geconnecteerde producten en productiesystemen, wordt het ontwerp van fysische systemen steeds complexer. Het traditioneel ontwerpproces is sequentieel: ingenieurs uit verschillende domeinen werken op hun eigen problemen en de resultaten worden doorgegeven aan het volgende team in het ontwikkelingsproces. Dit leidt vaak tot lange iteraties. Om dit probleem op te losen gaan bedrijven over naar concurrente en multi-disciplinaire samenwerking. Hiebij wordt in parallel aan een enkel ontwerp gewerkt. Dit in dit project ontwikkelde infrastructuur zal collaboratief model-gebaseerd ontwerp ondersteunen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Grondslagen voor Zelf-Adaptieve Abstractie en Benaderingen in Real-Time Cyber-Fysische Systemen (van Systemen). 01/05/2020 - 30/04/2024

Abstract

Cyber-fysieke systemen (CPS) zijn systemen die een nauwe integratie hebben tussen het cyber gedeelte (berekening en netwerken) en de fysieke componenten van het systeem. Voorbeelden hiervan zijn onder meer industrie 4.0, automotive en lucht- en ruimtevaart. Om beslissingen te kunnen nemen in een CPS (strategische controle, tactische controle en, basis controle), worden beslissingsmodellen gebruikt. Deze modellen maken gebruik van input van sensoren, maar ook van andere ondersteunende processen, zoals voorspellingsmodellen over de toestand van de context, om tot een controlebeslissing te komen. De beslissingsprocessen worden geïmplementeerd in software die op embedded hardware draait en dat meestal real-time beperkt is. Dit wil zeggen dat het tijdstip waarop de beslissing wordt genomen, even belangrijk is als het besluit zelf. In de literatuur zijn verschillende technieken beschikbaar om de rekenkost van het uitvoeren van modellen te verminderen door gebruik te maken van abstractie en benadering (bv. surrogaatmodellering). Deze lagere kosten zouden het proces om tot een beslissing te komen (planning) vergemakkelijken en zouden minder rekenkundige middelen vereisen. We moeten er echter nog steeds zeker van zijn dat het beslissingsproces robuust is tegen benaderingen en onzekerheden in deze modellen. Bovendien is een benaderd en/of geabstraheerd model hoogstwaarschijnlijk niet geldig in alle verschillende contexten waarin het systeem zich zal bevinden. Om dit mogelijk te maken zou het systeem in staat moeten zijn om tijdens de looptijd te schakelen tussen verschillende abstracties en benaderingen. Daarom zal dit project de basis leggen voor dynamische aanpassingen van de beslissings- en voorspellingsmodellen met verschillende abstracties en benaderingen afhankelijk van de context van het systeem. Het project zal resulteren in een framework met ondersteunende modelleringstalen, methoden en proof-of-concept tools om te redeneren over de afweging tussen onzekerheid (van de benadering) en het real-time gedrag van het systeem.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Raamwerk voor het systematisch ontwikkelen van digital twins (DTDesign). 01/04/2020 - 31/03/2023

Abstract

Dit project beoogt de ontwikkeling van een raamwerk, bestaande uit een methodologie en ondersteunende instrumenten, voor het systematisch en efficiënt ontwerp van Digitale Tweelingen die antwoord geven op twee vraagtypes: (i) productie parameters - productprestatie correlatie en (ii) foutdetectie en -diagnose. Het doel van het raamwerk is om de gebruiker te ondersteunen bij het kiezen van welke datasets en modellen te combineren en hoe deze in te zetten (Digital Twin implementatie) om een antwoord te krijgen op de gestelde vragen op basis van applicatie specifieke eisen en criteria. Het uiteindelijke doel is om het ontwikkelde raamwerk te gebruiken om efficiënt Digitale Tweelingen te ontwerpen en deze te implementeren voor zeven industriële use cases.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Zinvol en schaalbaar hergebruik en compositie van modellen, met "frames". 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

Hedendaagse complexe systemen zoals zelfrijdende wagen worden steeds complexer. Ze bieden steeds meer functionaliteit, en terzelfder tijd worden de vereisten van energie-efficiëntie en kostenreductie, alsook veiligheidsvereisten strikter. In een circulaire economie willen we daarenboven niet enkel producten maar ook productie, onderhoud en recyclage in rekening nemen tijdens het ontwerp. Het feit dat we dergelijke systemen kunnen bouwen is voornamelijk te danken aan het gebruik van modellen. Die modellen coderen onze kennis omtrent systemen en laten ons toe "virtuele experimenten" uit te voeren. Dit gebeurt door "what if" simulaties die toelaten alternatieve ontwerpen tegen elkaar af te wegen. Wanneer de "what if" analyses geautomatiseerd worden, dan kunnen miljarden alternatieven geëvalueerd worden, wat het zoekproces naar optimale oplossingen drastisch versneld. De belofte van exponentiële groei in het domein van complexe systemen staat echter voor een muur. Modellen kunnen slechts automatisch hergebruikt worden, ter ondersteuning van een zoekproces als we de garantie hebben dat dit hergebruik correct is. De bijdrage van dit project ligt in het ontwerpen van een formeel raamwerk voor correct hergebruik van modellen. De context waarin een model kan hergebruikt worden wordt expliciet gemodelleerd in een "frame", naar de notie van "experimental frame" eerst voorgesteld door Bernard Zeigler in 1984. Concreet starten we van onze ervaring in het ontwerpen van de modelleertalen Modelica (voor fysische systemen) en DEVS (voor discrete-event modelleren van software en netwerken) om de theoretische grondslagen alsook de toepassing van "frames" uit te werken. We gebruiken hiervoor een representatieve "case" van een autonoom voertuig. Een belangrijk aspect van het project is de industriële schaalbaarheid en adoptie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Simulatie gebaseerd testen van grootschalige internet of things toepassingen. 01/01/2019 - 31/12/2021

Abstract

Het doel van dit onderzoekstraject is om een methodologie te introduceren, gebaseerd op simulatie, die gebruikt zal worden om de beperkingen in schaalbaarheid van moderne IoT software test-technieken op te lossen. Meer specifiek, willen we focussen op het testen van ultra grootschalige systemen die emergent gedrag tonen. Mede doordat IoT meer mainstream aan het worden is en vanwege de stijging in de hoeveelheid toestellen die met elkaar verbonden zijn, zal ook de complexiteit en de schaal van het IoT landschap sterk toenemen. Deze interoperabiliteit tussen IoT toestellen en actuatoren zal van vitaal belang zijn voor toekomstige IoT applicaties. Vanwege deze toename in schaal en diversiteit en vanwege moderne gedecentraliseerde IoT architecturen zoals Edge computing, zien we een heel nieuw type IoT applicatie aan belang winnen. Een type applicatie waarbij lokaal gedecentraliseerde interacties tussen IoT applicaties zal leiden tot een globaal emergent gedrag. Deze term, emergent gedrag, kan best vergeleken worden met het gedrag van een zwerm vogels, waarbij lokale interacties tussen individuele vogels leiden tot een globaal geoptimaliseerd gedrag. Ditzelfde idee is ook hele relevant binnen het IoT domein, neem bijvoorbeeld een slimme verkeerslichten toepassing, waarbij lokale interacties tussen verkeerslichten eveneens kunnen leiden tot een globaal geoptimaliseerde verkeerstroom. Dit type applicatie zal echter tegelijk leiden tot grote moeilijkheden wat validatie, testen en kalibratie betreft. Dit is omdat emergent gedrag alleen kan optreden in een realistische, grootschalige en diverse omgeving. Dergelijke applicaties uitrollen in een geïsoleerde test omgeving zou onpraktisch zijn omdat de kost om een dergelijke omgeving op te zetten op een realistische schaal te groot zou zijn en te veel tijd zou vergen tijdens de vroege ontwikkelfase van een project. In plaats van beroep te doen op dure testomgevingen, stellen wij een grootschalige simulatie benadering voor in dit project. Zo'n simulatie-gebaseerd systeem zal bestaan uit honderdduizenden virtuele sensoren die met elkaar en met de omgeving interageren. Dit leidt echter tot bijkomende technische uitdagingen. De benodigde schaal van een dergelijk simulatie gebaseerd systeem moet zeer groot zijn alvorens emergent gedrag waargenomen kan worden. Daarbij, dienen alle virtuele sensoren in het systeem continu actief te zijn om in real-time te kunnen interageren met andere systemen. Dit komt omdat een belangrijk deel van het gedrag van typische IoT systemen bepaald wordt door een IoT middleware, de gesimuleerde entiteiten zullen dus in staat moeten zijn om met deze middleware te interageren alsof het werkelijke IoT toestellen zijn. We verwijzen naar dit principe met de term Software-in-the-loop (SIL) simulatie. Vanwege deze real-time vereisten zal een grote hoeveelheid van de simulatie entiteiten tegelijk functioneel moeten zijn, wat de computationele complexiteit sterk zal verhogen. Enkel beroep doen op hedendaagse simulatie technieken is daardoor niet voldoende. De bijdrage van dit project is gefocust op de ontwikkeling van een methodologie voor het uitvoeren van real-time, grootschalige simulaties voor het testen en analyseren van zowel conventionele IoT systemen als IoT systemen die afhangen van het gegenereerde emergent gedrag. Wij focussen op twee grote trajecten binnen het kader van dit project, in het eerste traject willen we de computationele complexiteit verlagen door dynamisch de abstractie niveaus van simulatie modellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Product-Assemblage Co-Design (PACo). 01/09/2018 - 31/08/2023

Abstract

Het Product-Assembly Co-Design (PACo) -project is een project in het kader van de cluster Design & Optimisation of Flanders Make. Het project heeft tot doel de kloof te overbruggen tussen productontwerp en het ontwerp van het assemblagesysteem door kennis van assemblages op te nemen in vroegere stadia van de productontwikkeling. Tegenwoordig overwegen de meeste bedrijven montage-aspecten later in het ontwerpproces, vaak op een handmatige manier en uitsluitend op basis van de ervaring van assemblage-engineers. Dit leidt in de late fases van het productontwerp tot talrijke ontwerpwijzigingen, wat aanzienlijke extra kosten met zich meebrengt. De huidige industriële context vereist dat bedrijven streven naar een first-time-right, tot en met lot size 1 ten koste van de volumeproductiestrategie. Het is daarom niet meer mogelijk om montage-aspecten te laat of op een trial-and-error manier te beschouwen. Alle bedrijven die betrokken zijn bij de gebruikersgroep van dit project geven aan dat zij hun technici duidelijk moeten ondersteunen met methoden en softwaretools die de beoordeling van de complexiteit van de assemblage mogelijk maken in een vroeg stadium van het ontwerp, waardoor co-optimalisatie van de productprestaties met gemak van assemblage mogelijk is in een kwantitatief manier, en een trade-off analyse van verschillende oplossingen mogelijk te maken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Geautomatiseerde en simulatiegebaseerde methode voor functionele veiligheidstechniek (aSET_ICON). 01/03/2018 - 31/08/2020

Abstract

Complexe veiligheidsgerelateerde producten die mechanica, elektrische componenten, elektronica en software combineren in hun ontwerp hebben een grote impact op het functionele functionele veiligheidsproces. Het doel van het aSET-project is om methodologieën te ontwikkelen om de functionele veiligheid te automatiseren engineeringproces om het proces minder gevoelig voor fouten te maken. Verder beoogt het ook de ontwerp tijd en kosten in vergelijking met de huidige handmatige state-of-the-practice te verminderen.  Meer specifiek zijn de doelstellingen van het project: (i) de ontwikkeling van een functional safety formeel model geïmplementeerd om de intrinsieke koppeling tussen alle functionele veiligheid mogelijk te maken. (ii) de ontwikkeling van een methode en demonstrator tooling voor de vertaling van tekstuele vereisten in wiskundige vergelijkingen (die als een ontwerp kunnen dienen contract voor het feitelijke hardware-ontwerp) die de functionaliteit van E / E / PE beschrijven de automatisering van HARA mogelijk maken met behulp van een functioneel E / E / PE-model en plant model; (iii) de validatie van deze methoden in een generieke use-case evenals in verschillende industriële use-cases die hun functionaliteit en het beoogde ontwerp aantonen tijd- en kostenstijgingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dotatie i.k.v. structurele samenwerking met Flanders Make. 01/01/2018 - 31/12/2020

Abstract

Flanders Make heeft als missie het versterken van de internationale competitiviteit van de Vlaamse maakindustrie op lange termijn door industriegedreven, precompetitief, uitmuntend onderzoek uit te voeren op het gebied van mechatronica, productontwikkelingsmethodes en geavanceerde productietechnologieën en door valorisatie in deze domeinen te maximaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

EMPHYSIS - Ingebedde systemen met fysische modellen in de productiecode. 01/10/2017 - 31/01/2021

Abstract

Het doel van het Emphysis project is het verbeteren van de productiecode van ingebedde systemen in auto's om de prestaties van het onderliggende systeem te verbeteren: sneller en veiliger werken, minder energieverbruik, minder uitstoot en lagere onderhoudskosten. Bovendien zullen de kosten en tijd voor de softwareontwikkeling van deze ingebedde systemen worden verminderd. Dit wordt bereikt door fysica-gebaseerde modellen van modellerings- en simulatiehulpmiddelen op een geautomatiseerde en gestandaardiseerde manier aan te bieden op elektronische controle-eenheden (ECU). Door deze benadering worden modellen van de fysica die het gedrag van het gehele operatiegebied van het doelsysteem voorspellen, gebruikt in waarnemers / virtuele sensoren, modelgebaseerde diagnose of in geavanceerde besturingsalgoritmen (bijv. Inverse modellen, niet-lineaire dynamische inversie, modelvoorspellende controle) op ECU's om aanzienlijk betere voertuigprestaties te bereiken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Innovatie in het ontwerp van elektronische systemen voor aeronautica 01/09/2017 - 31/08/2019

Abstract

Dit project heeft als doel om het ontwerpproces van avionicasystemen te verbeteren, door een nieuwe model gebaseerde ontwerpmethodologie die gebaseerd is op MBSE methodes (Model Based Systems Engineering). Deze zal een vervroegde verificatie en validatie van de afzonderlijke systemen en ook hun integratie mogelijk maken. Daarnaast heeft het project als doel om alle noden te identificeren waaraan de simulatie- en ontwerpsoftware dient te voldoen om dit MBSE ontwerpproces te ondersteunen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Tijdsanalyse voor real-time ingebedde multicoresoftware. 01/10/2015 - 30/09/2019

Abstract

Multicoreprocessoren worden steeds vaker gebruikt in mechatronische toepassingen en moeten daarbij de real-time vereisten van de betreffende ingebedde software ondersteunen. Ondanks hun enorme rekenkracht kunnen bepaalde operationele omstandigheden optreden waarbij de softwareuitvoeringstijd langer blijkt dan wat men redelijkerwijs kan verwachten. In dit project zullen we analysetechnieken voor de ingebedde software ontwikkelen die zullen leiden tot betere configuraties van multicoreplatformen met betrekking tot de software-uitvoeringstijd en meer bepaald tot de hierboven vermelde uitschieters. Hiertoe zullen we een modelleertaal voorstellen die ons in staat zal stellen om de tijdseigenschappen van real-time ingebedde multicoresoftware formeel te beschrijven. Deze modelleertaal zal leiden tot formele methodes voor scheduleerbaarheidsanalyse en tot methodes voor de verkenning van de ontwerpruimte. Door alternatieve configuraties van de multicoreplatformen te suggereren, zullen de uitschieters in uitvoeringstijd geëlimineerd kunnen worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van de technische impact van de AUTOSAR-standaarden op de voertuigsoftware. 01/10/2008 - 28/02/2013

Abstract

Binnen de voertuigelektronica neemt software een steeds prominentere plaats in. Het AUTOSAR consortium tracht dit te stroomlijnen, maar de technische impact van hun standaarden is niet voldoende gekend. Daarom zullen we de technische voetafdruk van deze standaarden onderzoeken. Dit zal leiden tot efficiënter performantie- en geheugengebruik van de embedded voertuigsystemen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)