CPS: TTP Option: Frontiers: Collaborative Research: Software Defined Control for Smart Manufacturing Systems

CPS:TTP 选项:前沿:协作研究:智能制造系统的软件定义控制

基本信息

项目摘要

Software-Defined Control (SDC) is a revolutionary methodology for controlling manufacturing systems that uses a global view of the entire manufacturing system, including all of the physical components (machines, robots, and parts to be processed) as well as the cyber components (logic controllers, RFID readers, and networks). As manufacturing systems become more complex and more connected, they become more susceptible to small faults that could cascade into major failures or even cyber-attacks that enter the plant, such as, through the internet. In this project, models of both the cyber and physical components will be used to predict the expected behavior of the manufacturing system. Since the components of the manufacturing system are tightly coupled in both time and space, such a temporal-physical coupling, together with high-fidelity models of the system, allows any fault or attack that changes the behavior of the system to be detected and classified. Once detected and identified, the system will compute new routes for the physical parts through the plant, thus avoiding the affected locations. These new routes will be directly downloaded to the low-level controllers that communicate with the machines and robots, and will keep production operating (albeit at a reduced level), even in the face of an otherwise catastrophic fault. These algorithms will be inspired by the successful approach of Software-Defined Networking. Anomaly detection methods will be developed that can ascertain the difference between the expected (modeled) behavior of the system and the observed behavior (from sensors). Anomalies will be detected both at short time-scales, using high-fidelity models, and longer time-scales, using machine learning and statistical-based methods. The detection and classification of anomalies, whether they be random faults or cyber-attacks, will represent a significant contribution, and enable the re-programming of the control systems (through re-routing the parts) to continue production.The manufacturing industry represents a significant fraction of the US GDP, and each manufacturing plant represents a large capital investment. The ability to keep these plants running in the face of inevitable faults and even malicious attacks can improve productivity -- keeping costs low for both manufacturers and consumers. Importantly, these same algorithms can be used to redefine the production routes (and machine programs) when a new part is introduced, or the desired production volume is changed, to maximize profitability for the manufacturing operation .
软件定义控制(SDC)是一种革命性的制造系统控制方法,它使用整个制造系统的全局视图,包括所有物理组件(机器,机器人和待处理的部件)以及网络组件(逻辑控制器,RFID阅读器和网络)。随着制造系统变得越来越复杂,连接性越来越强,它们变得更容易受到小故障的影响,这些小故障可能会导致重大故障,甚至是通过互联网进入工厂的网络攻击。 在这个项目中,网络和物理组件的模型将用于预测制造系统的预期行为。由于制造系统的组件在时间和空间上紧密耦合,这种时间-物理耦合与系统的高保真模型一起允许检测和分类改变系统行为的任何故障或攻击。一旦检测到并识别,系统将计算物理部件通过工厂的新路线,从而避免受影响的位置。这些新的路由将直接下载到与机器和机器人通信的低级控制器,并将保持生产运行(尽管在降低的水平上),即使面对灾难性的故障。这些算法将受到软件定义网络的成功方法的启发。 将开发异常检测方法,可以确定系统的预期(建模)行为和观察到的行为(从传感器)之间的差异。将使用高保真模型在短时间尺度上检测异常,并使用机器学习和基于统计学的方法在较长时间尺度上检测异常。异常的检测和分类,无论是随机故障还是网络攻击,都将是一个重要的贡献,并使控制系统的重新编程(通过重新路由零件)能够继续生产。制造业占美国GDP的很大一部分,每个制造工厂都代表着一笔巨大的资本投资。在不可避免的故障甚至恶意攻击面前保持这些工厂运行的能力可以提高生产率-为制造商和消费者保持低成本。重要的是,当引入新零件或改变所需的生产量时,这些相同的算法可用于重新定义生产路线(和机器程序),以最大限度地提高制造操作的盈利能力。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Requirements Driven Digital Twin Framework: Specification and Opportunities
  • DOI:
    10.1109/access.2020.3000437
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Moyne, James;Qamsane, Yassine;Tilbury, Dawn M.
  • 通讯作者:
    Tilbury, Dawn M.
Categorization of Anomalies in Smart Manufacturing Systems to Support the Selection of Detection Mechanisms
  • DOI:
    10.1109/lra.2017.2714135
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Felipe Lopez;Miguel Saez;Yuru Shao;Efe C. Balta;J. Moyne;Z. Morley Mao;K. Barton;D. Tilbury
  • 通讯作者:
    Felipe Lopez;Miguel Saez;Yuru Shao;Efe C. Balta;J. Moyne;Z. Morley Mao;K. Barton;D. Tilbury
Control-Oriented Modeling and Layer-to-Layer Stability for Fused Deposition Modeling: A Kernel Basis Approach
熔融沉积建模的面向控制的建模和层间稳定性:基于核的方法
  • DOI:
    10.23919/acc.2019.8814304
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Balta, Efe C.;Tilbury, Dawn M.;Barton, Kira
  • 通讯作者:
    Barton, Kira
A Unified Digital Twin Framework for Real-time Monitoring and Evaluation of Smart Manufacturing Systems
Dynamic Rerouting of Cyber-Physical Production Systems in Response to Disruptions Based on SDC Framework
  • DOI:
    10.23919/acc.2019.8814412
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yassine Qamsane;Efe C. Balta;J. Moyne;D. Tilbury;K. Barton
  • 通讯作者:
    Yassine Qamsane;Efe C. Balta;J. Moyne;D. Tilbury;K. Barton
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  • 作者:
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Kira Barton其他文献

Investigation of Environmentally Dependent Movement of Bottlenose Dolphins (Tursiops truncatus)
宽吻海豚(Tursiops truncatus)环境依赖性运动的调查
  • DOI:
    10.3390/jzbg2030023
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zining Zhang;Ding Zhang;Joaquin Gabaldon;Kari Goodbar;Nicole West;Kira Barton;K. A. Shorter
  • 通讯作者:
    K. A. Shorter
Automated desktop wiring of micromodular electronic systems with submicron electrohydrodynamic jet printed interconnects
具有亚微米电液动力喷射印刷互连的微模块电子系统的自动化桌面布线
  • DOI:
    10.1016/j.addma.2025.104830
  • 发表时间:
    2025-07-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.100
  • 作者:
    Kaifan Yue;Rebecca K. Banner;Siddharth Kurup;Hubert N. Elly;Eric M. Vogel;Michael A. Filler;Kira Barton
  • 通讯作者:
    Kira Barton
Sequential Manipulation of Deformable Linear Object Networks with Endpoint Pose Measurements using Adaptive Model Predictive Control
使用自适应模型预测控制对可变形线性物体网络进行端点位姿测量的顺序操作
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2402.10372
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    T. Toner;V. Molazadeh;Miguel Saez;Dawn M. Tilbury;Kira Barton
  • 通讯作者:
    Kira Barton
Dynamics and Energetics of Bottlenose Dolphins (Tursiops truncatus) Fluke-and-Glide Gait
宽吻海豚(Tursiops truncatus)吸滑步态的动力学和能量学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ding Zhang;Yifan Wang;Joaquin Gabaldon;L. Lauderdale;L. Miller;Kira Barton;K. A. Shorter
  • 通讯作者:
    K. A. Shorter
Tag-based estimates of bottlenose dolphin swimming behavior and energetics.
基于标签的宽吻海豚游泳行为和能量学估计。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Joaquin Gabaldon;Ding Zhang;J. Rocho;M. Moore;J. M. van der Hoop;Kira Barton;K. A. Shorter
  • 通讯作者:
    K. A. Shorter

Kira Barton的其他文献

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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A Model-Based Intelligent Agent Approach for Supply Chain Transparency and Resilience
基于模型的智能代理方法实现供应链透明度和弹性
  • 批准号:
    2034974
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Student Travel Support Program for 2020 American Control Conference; Denver, Colorado; July 1-3, 2020
2020年美国控制会议学生旅行支持计划;
  • 批准号:
    2016129
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
PFI-TT: Development of a high-precision, rapid curing technology for printed electronics on low-temperature surfaces with off-the-shelf inks
PFI-TT:开发高精度、快速固化技术,用于使用现成墨水在低温表面上印刷电子产品
  • 批准号:
    1918754
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: An Economic Iterative Learning Control Framework with Application to Airborne Wind Energy Harvesting
合作研究:应用于机载风能采集的经济迭代学习控制框架
  • 批准号:
    1727371
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: 3D Printing of carbon fiber reinforced polymer on contoured surfaces
I-Corps:在轮廓表面上进行碳纤维增强聚合物 3D 打印
  • 批准号:
    1707232
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research/Cyber Manufacturing: Cyber-Manufacturing Systems for Open Product Realization
EAGER/协作研究/网络制造:用于开放产品实现的网络制造系统
  • 批准号:
    1547091
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
GOALI: Modeling and Control for Manufacturing Intelligence with Cloud Computing and Storage
GOALI:利用云计算和存储进行制造智能的建模和控制
  • 批准号:
    1462910
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: A Novel Control Strategy for 3D Printing of Micro-Scale Devices
协作研究:微型设备 3D 打印的新型控制策略
  • 批准号:
    1434693
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Pushing the Boundaries: Advancing the Science of Micro-Additive Manufacturing
职业:突破界限:推进微增材制造科学
  • 批准号:
    1351469
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
High Fidelity Additive Manufacturing at the Micro-scale
微观尺度的高保真增材制造
  • 批准号:
    1334204
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

RNA结合蛋白TTP在阿尔茨海默病中的作用机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
TTP和XPO4蛋白介导lncRNA转运在子宫颈鳞状细胞癌中功能及机制的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
平滑肌中TTP在血压调控中的作用及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
TTP-KDM3A/CYP19A1调控滋养层细胞分化和侵袭的机制研究
  • 批准号:
    82171669
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
锌指蛋白TTP调控m6A抑制血吸虫病肝纤维化的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
RNA结合蛋白TTP靶向抑制LncRNA-SNHG1保护帕金森病多巴胺神经元的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
心外膜脂肪组织TTP在病理性心肌肥厚发生发展中的作用及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
外泌体miR-27a-3p—TTP—NLRP3环路介导的软骨细胞焦亡与滑膜炎正反馈互作在膝骨关节炎中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82002331
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
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  • 批准号:
    82070117
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
锌指蛋白TTP介导的C型钠肽mRNA 降解参与卵母细胞减数分裂恢复的机制
  • 批准号:
    31972573
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

CPS: TTP Option: Small: Consistency vs. Availability in Cyber-Physical Systems
CPS:TTP 选项:小:网络物理系统中的一致性与可用性
  • 批准号:
    2233769
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: TTP Option: Medium: Sharing Farm Intelligence via Edge Computing
协作研究:CPS:TTP 选项:中:通过边缘计算共享农场情报
  • 批准号:
    2133355
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: TTP Option: Medium: Coordinating Actors via Learning for Lagrangian Systems (CALLS)
CPS:TTP 选项:中:通过拉格朗日系统学习协调参与者 (CALLS)
  • 批准号:
    2135579
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: TTP Option: Medium: Sharing Farm Intelligence via Edge Computing
协作研究:CPS:TTP 选项:中:通过边缘计算共享农场情报
  • 批准号:
    2133407
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: TTP Option: Medium: i-HEAR: immersive Human-On-the-Loop Environmental Adaptation for Stress Reduction
合作研究:CPS:TTP 选项:中:i-HEAR:沉浸式人类循环环境适应以减轻压力
  • 批准号:
    2039089
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: TTP Option: Medium: i-HEAR: immersive Human-on-the-loop Environmental Adaptation for stress Reduction
合作研究:CPS:TTP 选项:中:i-HEAR:沉浸式人类循环环境适应以减轻压力
  • 批准号:
    2038706
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: TTP Option: Medium: i-HEAR: immersive Human-On-the-Loop Environmental Adaptation for Stress Reduction
合作研究:CPS:TTP 选项:中:i-HEAR:沉浸式人类循环环境适应以减轻压力
  • 批准号:
    2038905
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: TTP Option: Medium: Discovering and Resolving Anomalies in Smart Cities
CPS:TTP 选项:中:发现并解决智慧城市中的异常情况
  • 批准号:
    2038612
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: TTP Option: Medium: Collaborative Research: Cyber-Physical System Integrity and Security with Impedance Signatures
CPS:TTP 选项:中:协作研究:具有阻抗签名的网络物理系统完整性和安全性
  • 批准号:
    1932213
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CPS: TTP Option: Medium: Collaborative Research: Smoothing Traffic via Energy-efficient Autonomous Driving (STEAD)
CPS:TTP 选项:中:协作研究:通过节能自动驾驶 (STEAD) 平滑交通
  • 批准号:
    1837210
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 236.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了