Bachelor's Thesis

Distributed Plug and Produce System of I4.0 Components

Final Thesis 3.17 MB Appendix 115.31 kB

Author of thesis: Štěpán Pavlica

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Silvestr Vaculovič

Reviewer: doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.

Abstract:

This thesis pertains to the description of a distributed plug and produce architecture composed of Industrie 4.0 components developed in the context of a model factory floor with regard to overall system resilience.

Keywords:

OPC UA, AAS, I4.0 component, CNCP, containerization, distributed system

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta týkající se limitů mechanismu dynamických LDS z hlediska škálovatelnosti a možnost odstranění staticky adresovaných discovery serverů pro inicializaci systému. Komise se studenta tázala na kvadratickou časovou náročnost komunikace navrženého systému a způsob finálního testování.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdeněk Slanina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Karel Horák, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Richter, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Silvestr Vaculovič

Práce se věnuje návrhu a realizaci systému Plug and Produce složeného z komponent I4.0, s důrazem na rezilienci a rekonfiguraci modelového výrobního systému. Teoretická část vhodně zasazuje problematiku do kontextu Průmyslu 4.0 a věnuje se přístupu SoA, včetně negociačních mechanismů založených na CNCP.

Architektura modelového systému řeší problematiku jednotlivých komponent, jejich vyhledávání (discovery), průběh interakcí, perzistenci dat a kontejnerizaci. Komunikační vrstva je postavena na standardu OPC UA, kde jsou vhodně využívány metody. Součástí práce je také promyšlená vrstva databázového rozhraní s podporou více adaptérů. Realizace probíhala v prostředí Python, kde všechny komponenty byly pouze virtuální s výjimkou NFC čtečky, která byla využita v rámci testování. Testovací scénáře byly zvoleny vhodně.

Zpracování bakalářské práce je na velmi vysoké úrovni. Součástí práce je dokumentace dodávaná spolu se zdrojovým kódem, která slouží jako referenční materiál pro vývoj softwaru. Bakalářská práce splňuje zadání v plném rozsahu a v některých částech jej dokonce převyšuje. Například, nad rámec zadání student řešil problematiku dynamických LDS nebo kontejnerizaci. Student pracoval samostatně a pravidelně přicházel na konzultace na které byl vždy připraven. Mé zásahy byly minimální a spíše metodické. Klíčová rozhodnutí prováděl student samostatně. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem a implementací distribuovaného Plug and Produce systému založeného na konceptech Průmyslu 4.0. Autor vychází z konceptů Asset Administration Shell, OPC UA a Contract Net Protocol, přičemž navrhuje decentralizovanou architekturu na bázi „handler“, který podobně jako AAS zastřešuje práci s prvkem řídicího systému výrobního podniku. Autor se také hodně věnuje rezilienci systému vůči poruchám komponent, výpadkům komunikace, změnám topologie sítě a samotnému zabezpečení.
Testovací kapitola obsahuje rozsáhlou sadu scénářů ověřujících funkčnost a spolehlivost systému. Zde bych uvítal i kvantitativní metriky (doba zotavení, režie komunikace), které by umožnily objektivnější vyhodnocení přínosu navrženého řešení.
V části realizace student narazil na dílčí problémy v knihovně implementující OPC UA komunikaci v Python prostředí, z nichž většinu vyřešil. Další práce navíc spočívala v implementaci dynamického LDS, tvrdošíjném používání zabezpečení či odstranění překážek pro použití s IPv6.
Jazyková úroveň je obecně dobrá, avšak místy se objevují formulace spíše osobního charakteru a překlepy. Jinak jsem nenašel závažné formální nedostatky.
Autor procházel relevantní články a specifikaci OPC UA. Topics for thesis defence:
  1. Jaké jsou limity navrženého mechanismu dynamických LDS z hlediska škálovatelnosti při nasazení ve výrobním prostředí s desítkami až stovkami komponent?
  2. Práce deklaruje požadavek na decentralizovanou architekturu v maximální možné míře (kap. 2), avšak návrh vyžaduje staticky adresované discovery servery pro inicializaci systému a přidávání nových komponent. Nepředstavují tyto servery faktický centrální bod systému? Jak by bylo možné jejich roli odstranit nebo dále distribuovat?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová