CC BY
41
Висвтлено актуальтсть створення i впровадження ттелектуальних систем для управлтня технологiчними процесами хлi-бопекарського виробництва. Наведено алгоритм багатощльового управлтня та основ-т етапи наповнення бази знань розроблено1 iнтелектуальноï системи сценарного управлтня
Ключовi слова: ттелектуальна система, багатощльове управлтня, сценарй управлтня
□-□
Показана актуальность создания и внедрения интеллектуальных систем для управления технологическими процессами хлебопекарного производства. Приведен алгоритм многоцелевого управления и основные этапы создания базы знаний интеллектуальной системы сценарного управления
Ключевые слова: интеллектуальная система, многоцелевое управление, сценарии управления
□-□
Impotents of intellection systems for process control within bread making is show. Multipurpose control algorithm and basic steps for intellection system are described.
Key words: intellection system, multipurpose control, management scenarios -□ □-
УДК 681.5:664.6
1НТЕЛЕКТУАЛЬНА СИСТЕМА СЦЕНАРНОГО УПРАВЛ1ННЯ ХЛ1БОПЕКАРСЬКИМ ВИРОБНИЦТВОМ
С.С. Шаруда
Кандидат техшчних наук, старший викладач* Контактний тел.: (044) 287-97-96, 095-220-41-29 E-mail: sveta.sharuda@gmail.com
В.Д. Кишенько
Кандидат техычних наук, доцент* *Кафедра автоматизаци та комп'ютерно-штегрованих
технолопй
Нацюнальний уыверситет харчових технолопй вул. Володимирська, 68, м. КиТв, УкраТна, 01033 Контактний тел.: (044) 289-94-56, 050-696-54-11 E-mail: kvd1948@gmail.com
1. Вступ
Своечасне та яюсне прийняття ршень при управ-лшт технолопчними процесами хлiбопекарського виробництва пов'язане з застосуванням ефективних програмних i апаратних засобiв автоматизаци, впро-вадженням тдсистем тдтримки прийняття ршень по управлшню. Отже, актуальною е проблема створення i впровадження iнформацiйних систем, якi б не ильки дозволяли опрацьовувати та збертти поточну шформащю про стан об'екта, але й за раху-нок застосування принципово нових методiв управлтня, заснованих на моделюванш дш спецiалiстiв пiдприемства при прийняти рiшень, а також при використанш сучасних засобiв телекомунiкацiй, гло-бальних i локальних обчислюванних мереж, сприяли пiдвищенню ефективностi виробничо-господарсько! дiяльностi хлiбозаводу.
2. Постановка проблеми
З масовим впровадженням комп'ютерних систем практично у bcí сфери життeдiяльностi людини з'яви-лися новi можливостi для реалiзацiï iнформацiйних технологiй управлiння. Залежно вщ технологiï об-робки та представлення шформацп можна видши-ти чотири типи управляючих iнформацiйних систем:
шформацшно-довщкова система; дiагностична або експертна система; система тдтримки прийняття рь шень; автоматична iнформацiйна система.
Для вибору необхщно! моделi представлення знань в системi автоматизованого управлiння технолопч-ними процесами хлiбопекарського виробництва при аналiзi експертно! та експериментально! iнформацii слщ наголосити на таких аспектах:
1) потрiбно забезпечити швидкий пошук ршень в процесi роботи iнтелектуальноi тдсистеми;
2) необхiдною е зручнiсть в процеа доповнення новими знаннями штелектуально! системи.
При аналiзi накопичених знань про процеси управлтня технолопчними д^ьницями хлiбозаводу кла-сифiкуемо за такими ознаками: призначення; проблемна область (розгляд окремо взято! тдсистеми); глибина аналiзу проблемно! областг, тип знань, що використовуються.
Для подальшо! роботи необхiдно визначитися iз способом представлення знань: лопчт моделi; мере-жевi моделi; продукцiйнi моделi; фреймовi моделi.
3. Аналiз дослщжень
Аналiз предметно! областi i iснуючих методiв представлення показуе, що найб^ьш доцiльною моделлю е фреймова модель, побудована на основi каузальних
сценарпв, як1 в свою чергу при програмнш реалма-цИ зводяться до продукцшно'! модел1 представлення знань . Такий тдхщ е найб1льш вдалим для опису дано'1 предметно! области вщображае специфжу представлення 1 управлшня технолопчними процесами (ТП) хл1бопекарського тдприемства.
До основних переваг фреймово'1 модел1 та продук-цшно'1 модел1 представлення знань можна вщнести: 1ерарх1чну структуру знань, що описуе предметну область; наглядний 1 зрозум1лий опис структури об'екта; можлив1сть доступно вщобразити 1 вико-ристати взаемозв'язки м1ж характерними об'ектами предметно'! областг, для продукщйно'! модел1 характерна висока гнучюсть при побудов1 лопчних залеж-ностей [1].
На сучасному хл1бопекарському тдприемств1 ш-тегращя штелектуально'! системи в процес автомати-зованого управлшня виробництвом дозволить шдви-щити ефектившсть 1 надшшсть управлшня, зменшити час пошуку неполадок, забезпечити незалежшсть по-шуку стратеги поведшки в1д суб'ективно'1 думки оператора у конкретнш виробничш ситуаци.
Особливосп, характер-т для сучасних штелекту-альних тдсистем управлш-ня, дозволяють розробляти прикладш алгоритми для р1шення наступних тишв задач: прийняття ршень та управлшня в умовах невиз-наченостг, прогнозування; контроль; д1агностування-[2].
переведення об'екта в ситуацшно-значущш зош в область компром1су; проведення багатокритер1ально'1 оптим1заци в ситуацшно-значущш зош; формування стратеги управлшня в кожнш 1з ситуацшно-значу-щих зон 1 реал1защя 11 шляхом суперв1зорного управлшня АСУТП хл1бозаводу [3].
Хоча й кнують певш обмеження на застосування метод1в шженери знань та в загальному випадку ш-телектуальш тдсистеми треба використовувати тод1, коли розробка 1х е можливою 1 обгрунтованою. Попе-реднш анал1з, проведений з метою з'ясування можли-вост1 побудови штелектуально'! тдсистеми управлшня ТП хл1бозаводу, показуе, що 11 дощльно використовувати, як при виникненш нештатних ситуацш, так 1 при нормальному режим1 роботи технолопчних д1льниць. При цьому штелектуальна тдсистема управлшня (1СУ) е системою управлшня верхнього р1вня 1 вико-ристовуеться як надбудова(тдсистема) над мжропро-цесорною автоматизованою системою управлшня ТП хл1бопекарського виробництва.
1нтелектуальна тдсистема дозволяе слщкувати за переб1гом технолопчних процеав хл1бозаводу, роз-
4.1нтелектуальна пiдсистема управлiння
Для роботи штелек-туально'1 системи було розроблено алгоритм ба-гатощльового управлшня хл1бопекарським вироб-ництвом з використанням метод1в оптимального управлшня, сценарпв та бази знань (рис. 1). Цей алгоритм передбачае так1 основш етапи: формування квази-шформацшних гшотез (К1Г) оператора-технолога; штелекту-альний динам1чний ана-л1з обстановки на об'ект1 управлшня та визначення ситуацш в ситуацшно-значущих зонах; визначен-ня типу критер1ального та ресурсного конфл1кт1в 1, якщо вш е антагошстич-ним, то здшснюеться зм1-нювання завдання ло-кальним регуляторам режимних параметр1в для
Рис. 1. Блок-схема алгоритму сценарного багатоцтьового управлшня
тзнавати поточну ситуащю та сп1вставивши и з алгоритмом, управляти ТП та прогнозувати результат ро-боти системи управлшня при вибор1 певного сценарт управлшня.
Дана система була розроблена за допомогою мови програмування C# (Ci шарп).
Для розробки використовувався пакет програм-ного забезпечення (ПЗ) Microsoft .NET Framework 2.0 SDK [4, 5]. Мова програмування С# була обрана через:наявносп безкоштовних засобiв розробки ПЗ;-наявностi бiблiотек, що мiстять в собi багато ком-понентiв, якi спрощують розробку ПЗ; можливоси швидко адаптувати ПЗ для роботи з апаратним забез-печенням;наявнiсть великоï юлькосп лiтературних джерел з усieю необхщною iнформацieю для роз-робника (MSDN Online, велика юльюсть форумiв та опублжованих статей).
На даному етат iнтелектуальна система може ви-користовуватися в консультацшному режимi, який може допомогти оператору технологiчноï дiльницi прийняти те чи шше рiшення в залежноси вiд потреб виробництва. Взагал^ дана система може бути легко адаптована для роботи на виробництвь Для цього необхщно розробити споаб отримання iнформацiï з усiх датчиюв виробництва, та допомiжний модуль ПЗ, який буде автоматично заносити щ даш в базу знань.
бдине, що мае зробити оператор - це внести ri параметри процесу, яю неможливо вимiряти за допомогою датчиюв (наприклад, органолептичнi характеристики). Найпростший варiант для отримання шформацп з датчикiв це використання SCADA систем.
Всi данi зберiгаються в файлi XML (Extensible Markup Language -Розширена Мова Розмiтки ). Ця мова збертння документiв була обрана завдяки простоту наявностi необхiдних компоненпв для роботи з XML в мовi C#. Також е можлившть за-писувати в XML- документ шформащю про минулi розрахунки, що може значно шдвищити середню швидюсть обробки даних на виробництвi.
Фактично, все виробництво представлено як граф, в якому е вузол з вхщними даними (про сировину та ïï характеристики на початку виробництва) та вузол з вихщними даними (готова продукщя). Bti iншi вузли являють собою етапи виробничого процесу. Для по-шуку оптимального сценарiю використовуеться алгоритм рекурсивного обходу графу.
Оператор мае ввести в програму шформащю про:
1). Структуру виробничого процесу, яка включае в себе перелж шформацп про взаемозв'язки мiж рiзни-ми дшьницями виробництва.
2). Опис кожноï дiльницi виробництва, яка характеризуемся такими змiнними:
a. вхщш параметри, на якi впливають попередш етапи виробництва або якi е вхщними параметрами виробництва;
b. власнi параметри дшьнищ виробництва;
c. вихiднi параметри д^ьнищ виробництва, вiд яких залежать наступш етапи виробництва або як е параметрами готового продукту.
3). Можливi ситуацiï, яю можуть трапитись на дiльницi виробництва. Щ ситуацiï мають бути описаш в рамках параметрiв для кожного етапу виробництва.
Фактично кожен етап виробництва (д^ьниця) мь стить набiр ситуацiй.
Головне вiкно iнтелектуальноï системи управлшня ТП хлiбозаводу наведене на рис. 2. Для внесення даних про етап виробництва використовуеться наступне дiа-логове вжно (рис. 3).
В даному в^ш е можлившть задати назву етапу виробництва, його вхщш та вихщш даннi (параметри д^ьнищ виробництва задаються як вихщш параметри).
Рис. 2. 1нтерфейс штелектуально!' системи управлiння
Рис. 3. 1нтерфейс 1СУ для введення етапiв виробництва
Для того, щоб задати вхщний параметр (рис. 4) не-обхщно ввести назву параметра, його скорочену назву (використовуеться для подання шформацп в б^ьш зручному вигляд^, тип параметра, попереднш етап виробництва та його вихвдний параметр, вiд якого за-лежить вхiдний параметр.
Аналопчш дii необхiдно виконати для введення вихщного параметра (ввести назву вихщного параметра, його тип та скорочену назву) (рис. 5).
Для того, щоб додати ситуащю (рис. 6)оператор мае визначити назву ситуацп, описати дiапазон змши всiх вхщних параметрiв, вiд яких залежить дана ситуащя, а також ввести значення вихщних параметрiв.
Системы управления
Додати вшдний параметр
Назва вкиного параметра [Температура опарн
"3
Тип параметра | Градусов цеяьс1я
Скороченна назва рГ^Р
Г В кцний етап всього процессу (* В химий етап що залежить ви íhluíx eranÍB Етап ВЦ якого залежить цей параметр |Приготування опарн т |
Вининий етап ви якого залежить цей параметр [Температура опарн
"3
Скасувати
Додати
Рис. 4. 1нтерфейс 1СУ для введення вхщних napaMeTpiB етапу
Рис. 5. 1нтерфейс 1СУ для введення вихщного параметру етапу
Значення вихiдних параметрiв може бути введено за допомогою формули, в якш змiнними е вхщш параметры (вводяться скороченш назви параметрiв).
Для здiйснення пошуку оптимального сценарiю управлiння оператор мае ввести етап виробництва що е фшальним, а також критерш пошуку (рис. 7). Критерш пошуку задаеться за допомогою формули, яка в найпросишому випадку являе собою скорочену назву одного з вихщних параметрiв. 6 можлившть пошуку оптимального сценарш, при якому значення обраховане за допомогою формули критерш буде най-бшьшим або найменшим, або найбшьш близьким до певного заданого значення.
Bufiip критерко пошуку _х|
(*" максимум С мУмум
С- значення найближче до |Г
на етап
|готовий продукт jj]
вираз
iHKicTb^KicTb - Затрати
Скасувати | Пошук
Рис. 7. 1нтерфейс 1СУ для вибору критерiю оптимiзацiT
Пiсля обробки отримано! шформацп 1СУ видасть найкращий сценарiй, який буде подано у виглядi звь ту(рис. 8).
Рис. 6. 1нтерфейс 1СУ для введення ситуацiT виробництва
Рис. 8. В^но, в якому виводиться результат пошуку найкращого сценарiю в 1СУ
Реалiзацiя сценарпв управлiння здшснюеться за допомогою окремо! пiдсистеми сценарпв. Послщов-шсть управляючих дiянь визначаеться на множинi вхiдних змiнних та вихщних змiнних, представлених як нечига величини.
Програмно сценарiй представлено за допомогою нечггких продукцiйних правил. Вибiр необхiдного сценарiю, як блоку нечетко! моделi сценарпв, здшс-нюеться модулем вибору сценарпв управлшня Í3 бази знань в результат аналiзу та розшзнавання ситуацiй i прогнозу розвитку об'екта.
На програмному piBHi кожний блок являе собою окрему автономну тдсистему загально! системи бази знань, представлених за допомогою продукцiйних правил типу If ... then (Якщо .... ,ТОД1).
Вигляд нечiткого сценарiю для завантаження вщ-повiдноi пiдсистеми бази знань, як приклад для вибо-ру сценарпв максимiзацii продуктивностi, може бути записаний так:
1. If (G6 is mfl) and (Gв is mfl) and (Gдр is mf2) and (Gс is mf2) and (Епоч is mf3) and (Цб is mf3) and (Кобл is mf3) and (Kw is mf3) and (Kt is mf3) then (ScenarSys is mfl)
Пiсля вибору необхiдноi пiдсистеми сценарiiв за-вантажуеться тдсистема аналiзу поточно! ситуацп,
та вибудовуеться послщовшсть дiй (ситуацiй) для до-сягнення поставленоï цiлi управлшня.
5. Висновки
Розроблена штелектуальна тдсистема системи управлшня на основi баз знань у виглядi продукцiйних правил, яю передбачають динамiчний аналiз ситуацп, пошук i вибiр фрагментiв сценарпв для формування та реалiзацiï ефективних стратегш управлiння техно-логiчними процесами хлiбозаводу сприяе скороченню технологiчних порушень та аварiйних ситуацiй, стабь лiзацiï роботи заводу в умовах змши якосп сировини.
Лiтература
1. Давнис В. В. Прогнозные модели экспертных предпочтений: монография / В. В. Давнис, В. И. Тинякова; - Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 2005. - 248 с.
2. Погодаев А.К. Адаптация и оптимизация в системах автоматизации и управления:Монография/А.К. Погодаев, С.Л.Блюмин; -Липецк:ЛЭГИ,2003.-128с.
3. Шаруда С.С.Синтез автоматизовано'1' системи багатощльового управлшня хшбопекарським виробництвом/ С.С. Шаруда// Схщно-бвропейський журнал передових технологш- 2009.-№4/11(40).-С.35-38.
4. Троелсен Э. С# и платформа .NET. Библиотека программиста/ Энтони Троелсен;-СПб.: Питер, 2006.-796с.:ил.
5. Гамма Э. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования/ Эдгар Гамма, Рой Хелм, Ричард Джонсон, Джозеф Влиссидес; -СПб.:Питер,2008.-366с.:ил.
