Как работает экспертная система

Основу экспертной системы составляет база знаний построенная на объектных моделях. Для хранения исторических данных используются базы данных реального времени (параметрическая информация) и реляционная база данных (события и сообщения).

Упрощенная логическая блок-схема реализованного варианта MES с экспертной системой:

На схеме условно показана жвижение информации для модуля РМ. Остальные содули работают аналогично.

 Каждый модуль независим от других и использует свои экспертные правила. Однако может использовать данные, полученные в других модулях. Основой базы знаний являются референсные модели предприятия Plant Reference Model (PRM). В том числе, референсные модели технологических процессов. На рисунке показана PRM отражающую технологическую схему одного из блоков. Число технологических PRM для завода может достигать многих сотен. На одном из заводов, где внедрена подобная система, было сконфигурировано примерно 1100 моделей PRM. С учетом других типов было сконфигурировано более 1200 моделей.

Технологическая модель состоит из технологических объектов. Это оборудование, трубопроводы, датчики и системы локального управления, заполная арматура, логистические трассы, транспортное оборудование и проч. Внешне технологические модели напоминают технологические схемы в АСУТП. Однако модель, в отличие от схемы, состоит из связанных между собой объектов. Каждый объект описывается атрибутами. Поведение каждого объекта описывается правилами. Так же могут быть разработаны специальные правила описывающие поведение группы объектов в зависимости от состояния каждого. Атрибуты могут хранить постоянную или историческую информацию. Технологические модели PRM соединяются между собой специальными объектами – коннекторами. На схеме они показаны слева и справа. Т.е., модели PRM, по сути, являются объектными моделями предприятия. Модели PRM декомпозируются и, соответственно, их точность повышается. Модели строятся из классов оборудования. Так, для внедренной системы понадобилось примерно 300 классов оборудования, чтобы собрать завод (30 цехов, 1200 технологических моделей PRM). Правила написанные для класса выполняются для каждого объекта. Специальные правила могут «читать» схему процесса, например, для выяснения состояния запорной арматуры по внешним признакам.

Пример построения технологической модели процесса:

1. Прежде всего, строится схема технологического процесса с помощью инструментария экспертной системы. В инструментарий входят классы оборудования. Схема должна на 100% отражать реальный процесс и должны быть прорисованы все значимые механизмы, трубопроводы, задвижки и т.д. В том числе коннекторы к другим схемам. На схеме должны быть указаны датчики, подключенные к оборудованию, локальные системы управления (PID регуляторы) .

2. Для каждого объекта на схеме заполняются атрибуты. Атрибуты разделяются по профессиональным службам: технологи, механики, энергетики, прибористы. Количество служб может быть иным.

3. Разрабатываются правила поведения отдельных объектов и групп объектов.

Правила могут быть разработаны в графическом виде (для разработки специалистами заказчика) или в виде программы на языке ЭС.

4. Система уже работает.

                В соответствие с этой концепцией, модель предприятия начинает строиться с модели завода, состоящей из цехов. Цеха состоят из технологических отделений. Отделения состоят из оборудования. Оборудование состоит из деталей. И т.д.

Поведение объектов, составляющих модель, описывается атрибутами. Атрибуты определяют как статические параметры, так и динамические.  Такое поведение может быть описано простейшими алгоритмами. Для производственного предприятия применяется  несколько видов моделей: 

• модели технологических процессов в рамках технологических участков, цехов и всего предприятия (межцеховые коммуникации)
• административная модель предприятия,
• модель административного подчинения

  · модель функционального подчинения

Все модели связаны между собой определенными алгоритмами,которые называются Правилами. Любые отклонения в параметрахмодели относительно заданных выявляются мониторинговымиправилами, которые запускают специальные диагностические правила.При выявлении причин другие правила – управления - порождаютсоответствующие сообщения для персонала. Существуют так жеправила, контролирующие работу персонала, его реакцию и егодействия при возникновении событий.

Так, если говорить упрощенно, работают экспертные системы.

Подавляющее число систем MES представленных на рынке предназначено для дискретных и batch производств. Практически все описания по данному разделу построены на базе внедренных систем управления предприятием уровня MES для непрерывного производства на химических комбинатах, показали хорошие результаты и активно используются. Использование экспертной системы позволяет непрерывно совершенствовать «мозги» системы.