Facing Evolution on Industry 4.0: Modular Monitoring and Adaptive & Adaptable Visualization for Industrial Cyber-Physical Systems

Abstract

Industry 4.0 comes to play an important role in various industrial domains where monitoring industrial cyberphysical systems (ICPSs) is becoming essential. This is due to the necessity to efficiently collect data from industrial processes for then making decisions that can impact on the operation of the industrial systems. Typically, the ICPSs are composed by heterogeneous, distributed and autonomous physical devices which can evolve over time. Thus, this makes necessary the adaptation of the monitoring system according to the physical devices. In this dissertation, it is proposed a monitoring system for ICPSs that evolve over time, that has been designed for multiple domains. In this proposal, the data capture and storage beside the ICPS evolution detection and information visualization are considered. To do so, the proposed solution is composed by two subsystems: (I) Modular Monitoring System which is based on the union of different standards able to capture data and store it in a structured manner and; (II) Personal Visualization & Evolution Detection System where the user has the possibility of customizing its visualization and the system is able to trigger alerts on ICPS evolution. In order to validate the proposal a prototype of each system has been developed and finally evaluated.

La Industria 4.0 juega un papel importante en diversos ámbitos industriales donde la monitorización de los sistema ciber-físicos industriales (en inglés, Industrial Cyber-Physical Systems, abreviadamente ICPSs) se está convirtiendo en parte esencial. Esto se debe a la necesidad de recolectar datos de los procesos industriales de manera eficiente para luego tomar decisiones que puedan impactar en el funcionamiento de los sistemas industriales. Normalmente, los ICPSs están compuestos por dispositivos físicos heterogéneos, distribuidos y autónomos que pueden evolucionar con el tiempo. Por lo tanto, esto hace que sea necesaria la adaptación de los sistemas de monitorización de acuerdo con los dispositivos físicos. En esta tesis se propone un sistema de monitorización para ICPSs que evolucionan con el tiempo, el cuál ha sido diseñado para múltiples dominios. En esta propuesta se considera la captura y almacenamiento de datos además de la detección de la evolución y la visualización de la información. Para ello, la solución propuesta se compone de dos subsistemas: (I) Modular Monitoring System que se basa en la unión de diferentes estándares capaces de capturar datos y almacenarlos de forma estructurada y; (II) Personal Visualization & Evolution Detection System donde el usuario tiene la posibilidad de personalizar su visualización y el sistema es capaz de generar alertas en caso de que se produzca una evolución. Para validar la propuesta se ha desarrollado un prototipo de cada sistema y finalmente se ha evaluado.

Industry 4.0 sona handia hartzen ari da egungo gizartean. Hori dela eta, zeinbat esparru industrialetan, sistema ziberfisiko industrialen (ingelesez, Industrial Cyber-Physical System, laburdura ICPS) monitorizioak berebiziko garrantzia hartu du. Guzti honen funtsa, datuen bilketa era eraginkorrean egitean datza, ondoren datu hauek analizatu eta sistema industrialetan eragin dezaketen erabakiak hartzeko asmoz. Industrial Cyber-Physical Systems (ICPSs)-ak eboluziona dezaketen gailu heterogeneo, banatu eta autonomoez osatuta daude eta, ondorioz, monitorizazio sistemak egokitzea ezinbesteko bihurtzen da gaur egun. Tesi honek, eboluziona dezaketen ICPSs monitorizazio sistema bat aurkezten du, zeina hainbat domeinu industrialetarako diseinatu den. Proposamen honetan, datuen bilketa eta biltegiratze eraginkorra eta eboluzioen hautematea eta informazioaren bistaratzea aztertzen dira. Proposamena bi azpisistemaz osatuta dago: (I) Modular Monitoring System, hainbat estandar bateratzetik sortu den sistema bat da, non, datuak jaso eta berauek era estrukturatu batetan gordetzeko gaitasuna duen; eta (II) Personal Visualization & Evolution Detection System, erabiltzaileak bere interfazeak sortzeko gaitasuna duen sistema bat da eta, horrekin batera, eboluzioak detektatu eta hauen inguruan alertak sortzeko gaitasuna du. Proposamena balioztatzeko asmoz, sistema bakoitzaren prototipo bat sortu eta ebaluatu da tesi honetan.