3. ARQUITECTURAS DE SUPERVISÃO Objectivo / Plano Que fazer?! Porquê?! Erro?! SUPERVISOR INTELIGENTE Modelo Modelo Acções Estado Servidor [Controlo Local] Servidor [Controlo Local] Sistema a Supervisionar Porquê dos erros? => Utilização de modelos incompletos. -Imprecisões - agentes, peças, etc. -Fenómenos imprevistos - avarias, intrusos, etc. -Falhas em comunicações -... => Detecção e Recuperação Capacidade de detecção: -A nível da execução => Monitoração de execução -A nível do funcionamento dos dispositivos => Monitoração de sistema Um erro de execução não significa forçosamente uma avaria de algum dispositivo. Uma avaria num dispositivo não provoca necessariamente um erro de execução. Possibilidade de detecção: A nível de execução: -Acesso a informação sensorial e de estado (variáveis internas dos servidores) -Conhecimento dos objectivos a atingir em cada etapa do plano 3.1 UNL/lcm
A nível de funcionamento: -Acesso a informação sensorial e de estado (variáveis internas dos servidores) -Conhecimento do modelo de bom funcionamento do sistema. Primeiras aproximações 1. STRIPS - PLANEX Para além do plano, usa infromação complementar -> Tabelas triangulares 1 PC1 OP1 2 PC2 A1 OP2 3 4 PC3 PC4 A12 A2 OP3 A123 A23 A3 OP4 PLANO 5 A1234 A234 A34 A4 Aj - Add List de Opj Aij - O que resta de Ai após aplicação do Opj Pci - Parte do estado inicial, necessário para as pré-condições de Opi O PLANEX admite surpresas positivas e negativas. Algumas questões: -Pressupõe levantamento (sensorial) de estado exaustivo...independentemente da sua possibilidade e custo...sem considerar diferentes probabilidades de erro -Muito primitivo na recuperação...só admite saltos (para trás ou para a frente) na sequência original...qualquer nova sub-sequência só pode ser gerada pelo STRIPS (replaneamento com nova informação de estado inicial). 2. NOAH e planeadores derivados -Toda a hierarquia de representações do plano (e respectivos Add/Del lists) estão acessíveis ao executor. -Um erro implica replaneamento (interacção NOAH-executor) -Problemas similares ao STRIPS no levantamento do estado do sistema a supervisionar. 3.2 UNL/lcm
3. Algumas aproximações em Robótica 3.1 M. Gini & G. Gini Regras de interpretação de informação sensorial if FingerTouchTriggered then ObjectHeld Regras de recuperação to obtain when do ObjectHeld ClearHand ComputeNextPickUp, GrabObject(NextPickUp, ObjectSize) Este sistema de supervisão não está integrado com nenhum planeador. Parte de programas produzidos manualmente (em linguagem AL) e junta-lhe informação adicional para monitoração (como extensão ao programa). 3.2 G. Meijer, 1989 Arquitectura em dois níveis: HLI - High Level Interpreter LLI - Low Level Interpreter 1 2 3 Executer Replanner 6 11 Monitor 10 12 Diagnoser 7 8 7 8 Perception Module HLI 9 Elementary Operations Data Processing 4 5 LLI 3.3 UNL/lcm
3.3 L.M. Camarinha Matos, 1988 Supervisão Multinível Plano Executor Nivel i +1 Recuperação Diagnóstico Monitor Nível i+1 Executor Nivel i Recuperação Diagnóstico Monitor Nível i 3.4 L.M. Camarinha, L. Seabra Lopes, 1996 TRAINING LEARNING RECOVERY DIAGNOSIS Human Operator MODELS & KB GRAPHICAL INTERFACE DISPATCHING MONITORING ACTION & SENSING SERVICES 3.4 UNL/lcm
Funcionalidades principais Objectivo Planeador Plano documentado Operador Erro não recuperado SUPERVISOR INTELIGENTE Plano de recuperação Despacho Monitoração Diagnóstico Recuperação... SISTEMA A SUPERVISIONAR Despacho e coordenação global: -Despacho de acções / comandos para os agentes executores (de acordo com o escalonamento) =>Exemplo: aproximação cliente servidor -Sincronização.de actividades realizadas por diferentes agentes.com eventos externos =>Exemplo: supervisão baseada em rede de Petri -Actualização do estado do mundo e preparação de informação para agentes -Interacção com outros módulos do supervisor -Os executores físicos (e respectivos controladores locais) podem ser vistos como agentes ou como colecções de erviços. 3.5 UNL/lcm
Monitoração: -Detecção de desvios em relação aos objectivos do plano. Isto implica: -Conhecimento das intenções do planeador relativamente às acções a monitorar -Acesso a informação sensorial e de estado dos executores. -Dois modos de monitoração são normalmente considerados: -monitoração discreta: verifica pré-condições antes da execução duma acção e os resultados após a execução; -monitoração contínua: verifica a informação sensorial e de estado durante a execução da acção. Um dos objectivos pode ser a manutenção duma condição. -Dificuldade: Nem sempre é possível especificar as relações entre a informação sensorial e as condições de sucesso. Uma solução poderá ser a aprendizagem. Outra dificuldade: Que fazer se vários sensores fornecerem informação contraditória? Diagnóstico de falhas: -Tenta classificar e explicar a falha / erro. -A diferentes níveis de execução, diferentes níveis de explicação podem ser conseguidos. Por exemplo, no caso de falhar uma operação de pegar um objecto: -Uma explicação simplista: Falha de preensão -Uma explicação mais detalhada: Falha de preensão por escorregamento do objecto. -Para encontrar uma explicação para um erro pode ser necessário obter informação adicional, para além da que foi obtida pela monitoração. -Dificuldade: Nem sempre é fácil associar a informação dada pelos sensores com uma classificação de alto nível. A aprendizagem automática pode ajudar. - O diagnóstico necessita, em geral, obter mais informação que a monitoração. Isso pode até levar mais tempo de processamento, mas é de notar que este módulo apenas actua quando a Monitoração detecta um desvio (erro). Exemplo: Considere o sistema parcialmente ilustrado na figura. Quando a Estação está livre pode ser carregada com outra peça para processar. Para isso podemos considerar um comando de alto nível CARREGAR, que faria as seguintes acções elementares: - Actua Travão, para parar uma peça que chegue no tapete rolante. - Quando o sensor s1 detecte a peça, actua o Transferidor para empurrar a peça para a Estação. 3.6 UNL/lcm
- O Transferidor e o Travão voltam à posição de descanso. Máquina Estação s2 s1 Transferidor Travão Após o supervisor ter ordenado a execução do comando CARREGAR, a Monitoração verificaria o sensor s2 para saber se a peça foi carregada com sucesso ou não. Em caso de falha, o módulo de Diagnóstico seria chamado para tentar explicar o erro. Para isso poderia pedir informação adicional ao sistema físico; por exemplo informação sobre o Estado do Transferidor (et) e do sensor S2. Por exemplo: se s1 acusa peça, então a peça não foi transferida do tapete para a estação. Se s1 não tem peça e et indica Transferidor sobre o tapete, então é possível que o Transferidor tivesse ficado encravado (ou não estivesse no descanso) e portanto a peça não chegou à posição em que podia ser transferida. Recuperação de erros: -Esta função tenta encontrar um procedimento de recuperação para o erro diagnosticado (planeamento de recuperação). - Recebe diagnóstico - Se encontra uma estratégia de recuperação então - Gera plano de recuperação - Passa plano de recuperação ao Despacho senão - Alerta operador humano Exemplo: 3.7 UNL/lcm
Despacho Monitoração Diagnóstico Recuperação pick(o) status(pickfail,o) diag(drop,o) rec_plan(rp) E1: if status(pickfail, O) and diag(drop,o) then add(rp, LOCATE-VISION(O,L)), add(rp, APPROACH(L)), add(rp, GET(O)). E2: if status(pickfail, O) and diag(no_feed, O) then add(rp, FEED), add(rp, APPROACH(feed-loc)), add(rp, GET(O)). E3: -Dificuldade: Como construir estratégias de recuperação quando os erros podem ser inesperados? De novo as técnicas de aprendizagem poderão ajudar. - Se sabemos quais os possíveis erros e como os recuperar, então porque não prevemos isso logo no plano? Funcionalidades adicionais Objectivo Planeador Plano documentado Operador Erro não recuperado SUPERVISÃO DE EXECUÇÃO Plano de recuperação Despacho Monitoração Diagnóstico Recuperação Operador... SISTEMA A SUPERVISIONAR Reparação Diagnóstico de avarias Monitoração de estado Manutenção preventiva Prognóstico de avarias SUPERVISÃO DE SISTEMA Prognóstico: 3.8 UNL/lcm
-Esta função visa a determinação, em antecipação, de possíveis erros futuros. Isto pode ser particularmente útil na monitoração de sistema. -O prognóstico é feito com base na análise da evolução temporal dum conjunto de variáveis de estado. Por exemplo, um progressivo aumento de temperatura ou de vibrações num motor podem levar a prever que se está perto da ocorrência duma avaria.trata-se então duma análise de tendências. Apoio à manutenção preventiva: -À semelhança da recuperação de erros, pode-se incluir uma funcionalidade que, baseada em prognósticos, aconselhe planos de manutenção preventiva. Objectivo Planeador Plano documentado SUPERVISOR INTELIGENTE Operador Erro não recuperado Observação Plano de recuperação Despacho Monitoração Diagnóstico Recuperação Novas regras Aprendizagem Automática... SISTEMA A SUPERVISIONAR Aprendizagem automática: -Esta função permitirá a aquisição de conhecimento, com base em exemplos, para melhorar o desempenho das funções descritas anteriormente. 3.9 UNL/lcm
Novos desafios (áreas de investigação) - Sistemas auto-adaptativos (self-adaptive): com capacidade para reagir dinamicamente a modificações no ambiente e adaptar o seu comportamento às novas condições. Ex.: adaptação de limites às condições atmosféricas. - Sistemas auto-configuráveis (self-configuring ou self-organizing): incluem mecanismos para automaticamente modificar as interacções enntre componentes (i.e. alterar a estrutura do sistema). Ex.: que sensores usar em primeiro lugar. - Sistemas auto-curáveis (self-healing): com capacidade para encontrar, diagnosticar e reagir a maus funcionamentos o Monitorar falhas de sistema o Avaliar restrições impostas pelo exterior o Aplicar medidas correctivas. - Sistemas auto-optimizáveis (self-optimizing): com capacidade para monitorar e optimizar, de forma autónoma, o uso de recursos, atribuindo-os de forma adequada de modo a garantir a qualidade de serviço. - Sistemas auto-protectores (self-protecting): com capacidade para observar o mundo externo e detectar possíveis ataques ao sistema. o Uso por utilizadores não autorizados o Entrada de intrusos no espaço de trabalho do sistema o Etc. - Sistemas com consciência do meio envolvente (context awareness): com conhecimento do meio ambiente e reagindo de acordo com o seu estado. - Sistemas balanceados de automação (balanced automation systems): sistemas que combinam de forma adequada as funções de automação com a participação dos humanos (e.g. soluções de rotina automáticas, tratamento de excepções decisão humana). 3.10 UNL/lcm