Принципы построения системы автоматизации деятельности инженера-технолога на основе онтологического подхода в рамках концепции Industry 4.0
Аннотация. В данной работе предлагается подход к непрерывному развитию автоматизации процессов создания, развития и применения стандартов на основе Технологии OSTIS. Рассмотрены примеры данных процессов за счёт привлечения конечных пользователей системы с использованием средств и механизмов Технологии OSTIS. Приведены примеры дальнейшей формализации стандартов в рамках предлагаемого подхода.
Ключевые слова: комплексная автоматизация производства, информационное обслуживание, онтологическая модель предприятия, Industry 4.0, киберфизическая система, онтология, база знаний, многоагентная система, технология OSTIS.
В данной работе внимание уделено непрерывному развитию системы комплексного информационного обслуживания сотрудников предприятия рецептурного производства на примере ОАО "Савушкин продукт" с использованием открытой семантической технологии проектирования интеллектуальных систем. Данная работа использует и развивает результаты, представленные авторами в работах [Savushkin2019], [Savushkin2020].
Добавление новых пользователей - инженер по автоматизации, мастер - позволяет реализовать новую функциональность системы. Для текущего пользователя - оператора технологического процесса - реализован механизм получения интеллектуальной справки.
Формализация стандарта ISA 5.1 [ISA5.1] необходима для работы с P&ID схемами, которые широко используются в стандарте ISA 88 [ISA88].
Также рассматривается подход формализации данной области на примере стандарта ISO 15926 [ISO15926], [ГОСТ15926]. Данный стандарт описывает интеграцию данных жизненного цикла для перерабатывающих предприятий.
Данный стандарт описывает функциональные схема автоматизации технологического процесса. Данные схемы позволяет в графическом виде описывать технологию и оборудование. Это позволяет упростить восприятие, облегчить разработку. Пример на рисунке ниже.
На данном рисунке изображён коагулятор (аппарат, unit), линии (агрегат, equipment module) и клапана (устройство управления, control module). Различные цвета обозначают назначение линий: красный - мойка, синий - смесь, зеленый - сыворотка, черный - продукт. Данный фрагмент позволяет получить представление о том, какие устройства есть и как они связаны между собой (например, клапана соединяются трубами).
Современные проекты автоматизации активно используют различные стандарты. Это позволяет обеспечить высокую скорость разработки решений, а также связь между отдельными элементами системы от разных производителей. На предприятии Савушкин Продукт активно используется стандарт ISA-88, накоплен богатый опыт во время реализации различных проектов. Но основная задача проектирования, где необходимо с одной стороны сделать декомпозицию оборудования а с другой - удачно сделать декомпозицию технологии, является сложной для решения даже опытными специалистами. Для того, чтоб это сделать, нужно учесть много критериев, для человека это сложно, нужно в голове много держать и не ошибиться. Ошибка может создать много проблем. Возникает необходимость перехода от по сути справочной системы к интеллектуальной системе, помогающей инженеру-технологу и инженеру по автоматизации. Такая система должна учитывать накопленный опыт, упрощать и повышать качество разрабатываемых решений. Ниже перечислены основные трудоёмкие задачи.
В рамках одного оборудования может быть много фаз. Это зависит от того, какое оборудование есть и какое будет, и какие рецепты есть и будут. Пример фазы - перемешивать и нагревать. Фазы могут выполняться параллельно в одном агрегате. Надо правильно их выделить и описать.
В рецепте могут быть условия, но обычно делается более простое линейное выполнение процедур. Система предлагает аппараты и фазы. Для проектов используется база данных схемы автоматизации (EPLAN) - если перевести её в базу знаний, то тогда появиться и инженера по автоматизации возможность задавать разные вопросы. Например, какие датчики есть у оборудования, чем отличаются аппараты в разных проектах и т.д.
Задача3. Как соотнести общий рецепт (General receipt) или рецепт производственной площадки (Site receipt, с учетом территориальных особенностей) с конкретным производством (Master receipt).
Важным является задача перехода от общих рецептов к конкретным, которые уже описывают как конкретно (на каком оборудовании и с какими параметрами) будет приготавливаться требуемый продукт. В общем случае, данных переход должен обеспечивать работу ячейки процесса с максимальной эффективностью (минимальные затраты ресурсов, высокое качество продукции).
Для современного развития автоматизации в контексте Индустрии 4.0 нужна онтология в области оборудования и автоматизации. Согласно стандарта ISA-88 есть программа управления, которая управляет механизмами. Одна из главных идей стандарта - программа не должна привязываться к технологии приготовления. Программа должна писаться таким образом, что в контроллере выполнялась элементарная технологическая операция - фаза - (слить, набрать, держать температуру...). Рецепт набирается из фаз. При этом рецепт должен быть гибким с точки зрения оборудования - один и тот же рецепт может выполняться на разном оборудовании. Стандарт регламентирует некоторые правила того, как делать такие рецепты. На уровне рецепта нет например клапана (механическое исполнительное устройство). Есть оборудование, которое не имеет фаз. Есть разные уровни с точки зрения стандарта. Базовое управление может быть только у устройства управления (control module), а их не может быть в рецепте. Нужен агрегат (equipment module).
Есть кубики, из которых он собирает рецепт - кубиком может быть фаза -> операция -> процедура аппарата (process unit процедура) -> процедура (process cell процедура). Процедура - общее название всех элементов или процедура самого высокого уровня (process cell процедура). Процедура ячейки процесса (process cell процедура) может быть описана на уровне фаз сразу или по иерархии. Фаза ссылается на фазу в рамках оборудования. При этом возможно чтобы кубик более высокого уровня тоже ссылался на контроллер. Все это называется блоками (building block), из них строится рецепт. Выделение фаз делают несколько людей - нужно понимать и оборудование и сам рецепт, и то, какие рецепты предвидятся в будущем.
5. Анализ существующих подходов к формализации стандартов в области рецептурного производства (Шункевич)
Существуют решения по формализации стандарта ISO 15926 на базе OWL [ISO15926_SWeb]. Однако, они обладают рядом недостатков, присущим системам на базе OWL:
- перечислить...
Применение Технологии OSTIS позволяет получить решение без данных недостатков и со следующими достоинствами:
- перечислить...
Это часть за которую отвечает ISA-5.1. Есть предметные онтологии, их перечислить. Среди них ISO 15926. Рассказать коротко о ней. Все хорошо, но под нее нет ISA-88, по этому надо либо все приводить к ISO 15926 (OWL?) либо внедрять аналогичную предметную область на OSTIS. Кроме того есть ограничение (Шункевич?). По этому решили сами реализовать по образу и подобию ISO 15926 ISA-5.1.
Сказать что такое OSTIS, ввести основные понятия.
Последовательно кратко изложить содержание БЗ с примерами (скринами), комментируя каждый пример.
Иерархия ПрО
Спецификация ПрО
Описание конкретного понятия, его связей с другими
Что-то еще из интересного
Пример задания вопросов на ЕЯ (сделал 3курсник, Садовский знает где взять)
Пример работы компонента отображения на ЕЯ - ответ системы на SCn, и тот же ответ на ЕЯ с пояснениями (Тоже Садовский знает, 3 курс делал)
-
[ISA88] (2021, May) S88 standard [Online]. - Available: https://www.isa.org/isa88/
-
[ISA5.1] (2021, May) ISA5.1 standard [Online]. - Available: https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-standards-committees/isa5-1/
-
[ISO15926] (2021, May) ISO 15926-10:2019 Industrial automation systems and integration [Online]. - Available: https://www.iso.org/standard/68200.html
-
[ISO15926_SWeb] (2021, May) ISO 15926 templates and the Semantic Web [Online]. - Available: https://www.researchgate.net/publication/251636131_ISO_15926_templates_and_the_Semantic_Web
-
[ГОСТ15926] (2021, May) ИНТЕГРАЦИЯ ДАННЫХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ДЛЯ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ, ВКЛЮЧАЯ НЕФТЯНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ [Online]. - Available: https://docs.cntd.ru/document/1200076803