Инновационная самоорганизующаяся система Smart-MES для непрерывных производств

Ученые утверждают, что программное обеспечение должно выйти на следующий виток развития и обрести два новых качества, свойственных живым организмам, – адаптируемость и адаптивность. Основным свойством систем будущего названа сложность самоорганизации и поведения. А для этого они должны быть выполнены по технологии «Self*», т.е. быть самоконфигурируемыми, саморегулируемыми и самоадаптируемыми.

Но ООО “Фирма ИнформСистем” не просто приблизила это будущее, а уже его сделала прошлым. Главное, что данная планка IT нами настолько высоко поднята, что не считаться с этим уже будет не возможно. А это значит, что мы совершили революцию в технологии разработки больших информационных систем.

Таким образом, ООО «Фирма ИнформСистем» разработала инновационную самоорганизующуюся систему Smart-MES «MES-T2 2020» для электростанций и для любых непрерывных производств.

Сама методология построения Smart-MES ориентирована на легкую реализацию любых алгоритмов в любом количестве без программистов. Она содержит полную совокупность современных возможностей. Это и текстовые проекты технологических задач, и самонастройка всей системы, и самоорганизация в соответствии с текущим контекстом, и аналитика, и графика, и оптимизация. И все это возможно в любой конфигурации клиент-сервер.

Концепция самонастраиваемости Smart-MES

Наша новейшая концепция самонастраиваемости на много лет опережает современное мировоззрение построения больших открытых производственных программных систем и MES-систем в частности. Система Smart-MES именно соответствует технологии «Self*». Для большей наглядности сравним ее с живым организмом, т.е. с человеком.

Человек, рождаясь, ничего не умеет делать и ничего не знает, хотя в его организме заложены все составляющие для будущей деятельности. Человек учится много лет, даже когда начинает работать. Знания человек получает с помощью книг, т.е. посредством определенных инструкций и алгоритмов.

Система Smart-MES также изначально пуста, т.е. ни на что не способна, но в ней заложены в виде EXE-модуля все предпосылки для будущей конкретной реализации. Обучение Smart-MES осуществляется быстро и может выполняться всегда. В качестве книг в данном случае выступают текстовые проекты задач. Эти проекты EXE-модуль впитывает в себя и тем самым приобретается умелость.

Таким образом, система Smart-MES легко отождествляется с живым организмом, т.е. она - адаптируема и адаптивна. Но в отличие от человека она способна обучиться и переобучиться за несколько секунд.

Система – это в первую очередь EXE-модуль, который включает средства настройки и средства функционирования по результатам этой настройки. Настройка осуществляется в процессе компиляции (преобразования) текстовых проектов задач, структура которых очень простая и состоит из описания колонок таблицы и описания строк таблицы. Одна таблица соответствует одной задаче с набором алгоритмов расчета, с экранной формой и с отчетом.

Таким образом, при компиляции проектов автоматически создаются все базы данных, все экранные формы, все расчетные DLL программы, все отчеты. То есть для того, чтобы система была адаптирована и могла функционировать на конкретной электростанции кроме EXE-модуля и текстовых проектов ничего больше не надо. Если же в процессе функционирования системы необходимо внести изменение или дополнение, то корректируется текстовый проект и запускается компиляция на функционирующей системе. В этом случае все изменения встанут на свои места без потери текущей технологической информации.

Особое достоинство данной технологии еще и в том, что она предоставляет абсолютную программную надежность при любом количестве реализуемых технологических алгоритмов расчета для любого производства. Данная система образно состоит из двух философских категорий: базис и надстройка.

Базис – это исполнительный EXE-модуль, который абсолютно не имеет технологической начинки. Надстройка – это текстовые проекты технологических задач. Базис всегда не изменен, т.к. является прерогативой разработчика. Надстройка же подвержена постоянным изменениям, и является прерогативой технологов для развития производственных задач. Таким образом, базис создает надстройку, и вместе с ней в дальнейшем функционирует. Поэтому надстройка определяет сам базис. Иными словами, текстовые проекты технологических задач определяют область использования и обеспечивают реальное функционирование EXE-модуля.

Самоорганизация Smart-MES как высшая ступень «Self*»

Способность систем усложнять свою собственную структуру называется самоорганизацией. О реальной же возможности самоорганизации IT-систем история до сего момента еще не знала. Но вот в России фирма ИнформСистем разработала революционную технологию создания таких самоорганизующихся систем, которая может быть использована для разработки систем любого уровня.

Самоорганизация обязательно привносит в систему новое качество, которое без этой самоорганизации в принципе быть не может. Например, Smart-MES в результате самоорганизации легко может рассчитать 1000 задач с 500000 показателей всего за 10 секунд. Ни одна система больше на это не способна и близко. То же самое количество задач без самоорганизации будут рассчитываться более 2-х часов, т.е. в 700 раз дольше.

Без самоорганизации не может быть ни прогресса в IT, ни технологий «Self*», ни мультиагентных и ни интеллектуальных систем. Технология создания самоорганизующихся IT-систем обязательно должна включать пять следующих этапов:

1) Перевод постановки задачи на метаязык технолога.
В данном случае используется инструментальное средство (у нас – конструктор текстовых проектов) для оперирования шаблонами с целью максимального облегчения набора алгоритмов технологических задач, которые представляются в табличном виде. Например: колонки обозначают типы оборудования и итог, а строки – показатели.

2) Преобразование метаязыка на макроязык.
Данный этап производит полную самонастройку системы. В результате автоматически формируются все элементы: базы данных, справочники, меню задач, экранные формы, расчеты на макроязыке и отчеты. Данный этап необходим для позадачной отладки алгоритмов в режиме интерпретации, т.к. на последующих этапах она не возможна. Здесь каждой клетке экранной формы ставится в соответствие алгоритм расчета данного показателя.

3) Преобразование всех задач на макроязыке в одну задачу.
Этот этап и производит самоорганизацию системы. На данном этапе все таблицы отдельных задач особым образом соединяются в одну большую таблицу с переформатированием адресации во всех алгоритмах расчета показателей, создавая тем самым одну общую задачу со сложнейшей структурой.

4) Преобразование единой задачи на язык программирования.
Во время этого преобразования полностью ликвидируются все множественные рекурсии, в результате чего процесс полного расчета происходит за один проход сверху вниз. На данном этапе в качестве языка программирования может быть любой язык: Паскаль, Си и др. В системе Smart-MES используется Паскаль.

5) Преобразование языка программирования в результирующий машинный код.
Здесь используется соответствующий транслятор с используемого языка программирования. В нашем случае в результате получается программа DLL, которая используется в качестве сервера приложений.

Дополнительно к самоорганизующейся системе может быть использован диспетчер контекста, который постоянно будет анализировать текущий контекст и в случае необходимости автоматически внесет изменения в текстовые проекты технологических задач, т.е. выполнит первый этап, и запустит самоорганизацию всей системы. Таким образом, система начнет жить и самоадаптироваться ко всем изменениям без участия человека. Но если эти отдельные самоорганизующиеся системы представить в качестве агентов с взаимными связями по особым протоколам, то получится самоорганизующаяся мультиагентная система.

Структура и возможности Smart-MES

Конструктивно Smart-MES включает четыре составляющие: Конструктор АРМов, SQL-приложение, Графический редактор, WEB-приложение. Основным является Конструктор АРМов.

Конструктор АРМов осуществляет полную адаптацию Smart-MES к условиям конкретной электростанции и может эксплуатироваться в многопользовательской конфигурации клиент-сервер без SQL БД 3-х звенной структуры. Подобной конфигурации без SQL БД не может быть ни в одной другой системе, т.к. это наше ноу-хау. Конфигурация клиент-сервер 3-х звенной структуры без SQL БД это новое слово в инновационном развитии информационных технологий с прямым доступом к БД без использования медлительного SQL-языка. В данном случае имеется сервер информационных баз данных, сервер приложений и толстый клиент.

SQL-приложение, реализующее конфигурацию клиент-сервер с SQL БД, включает SQL-сервер, тонкий клиент и сервер приложений на DLL-программе. В данном случае SQL-сервер используется тот, который предпочитает электростанция. В самом начале функционирования на SQL-сервер закачиваются из Конструктора АРМов все настройки и базы данных, и Smart-MES в конфигурации клиент-сервер с SQL БД готова к работе.

Графический редактор нами был разработан, как самостоятельный программный продукт для создания архивных тепловых и электрических схем иерархической структуры в векторном формате с возможностью представления динамической информации. При создании Smart-MES Графический редактор был в нее интегрирован.

WEB-Приложение является экзотическим программным продуктом. Он позволяет размещать в Интернете все расчеты ТЭП с ручным вводом исходных данных и с аналитикой.

Такая многосторонняя реализация Smart-MES позволяет удовлетворить многие потребности Генерирующей компании для экономии топлива с целью увеличения энергоэффективности электростанций и значительно повысить ее привлекательность для инвесторов.

Можно много говорить и об интеллектуальных возможностях Smart-MES с использованием технологических срезов, и о ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации, и о симплексном методе решения задач линейного программирования, и о решении оптимизационных задач методом динамического программирования с минимаксной стратегией, и об инновационных алгоритмах предупреждения аварийных ситуаций. Но особо выделю лишь два немаловажных момента, т.е. Smart-MES – это полностью наша собственная разработка, аналогов которой нет даже за рубежом, и невероятная легкость внесения изменений в технологические задачи самими технологами электростанций.

В процессе длительной разработки Smart-MES мы осуществляли черновую адаптацию предыдущих версий Комплекса ПТО на двух десятках ТЭЦ, ГРЭС и АЭС. И что самое интересное, на каждой электростанции обязательно появлялись свои «хотелки», которые мы быстро реализовывали в системе.

Заключение

Основные особенности системы Smart-MES:

1) Описание набора технологических задач на простом человеческом МЕТА языке в текстовом редакторе в виде проекта;
2) Автоматическая настройка всей системы с текстового описания, т.е. автоматическое создание проводника задач, информационных баз данных, экранных таблиц и отчетов;
3) Автоматическое создание скоростных расчетных DLL-программ;
4) Реализация оптимизационных задач: симплекс-методом, ХОП-методом и методом динамического программирования;
5) Автоматическая настройка SQL-приложения с любым SQL-сервером;
6) Автоматическая настройка WEB-Приложения для расчетов в Интернете.

Реализация MES-Системы возможна в 2-х модификациях: Клиент-Сервер с 3-х звенной структурой без SQL БД и с SQL БД. 3-х звенная структура означает, что в обоих случаях имеется сервер приложений общих расчетов ТЭП, который выполнен на DLL-программе, формируемой автоматически.

Основными инновациями в Smart-MES являются: легчайшая адаптивность и высочайшая скорость. Легкая адаптация системы к любой электростанции достигается тем, что все технологические задачи оформляются в виде текстовых проектов на очень простом МЕТА языке, а все составляющие Smart-MES (базы данных, экранные формы, отчеты, расчетные DLL-программы) автоматически генерируются при компиляции этих проектов. Высокая скорость выполнения общих расчетов, т.е. сразу всех задач по фактическим и нормативным ТЭП, обеспечивается одной DLL-программой, которая автоматически генерируется с оптимизацией кода. Другими словами, быстрее выполнить расчет просто не возможно.

Таким образом, идея, заложенная в основу системы, заключается в ее полной самонастраиваемости и самоорганизации, поэтому она легко может быть использована для всех непрерывных производств.

Система направлена на постоянную адаптацию к вновь возникающим требованиям технологии. Это осуществляется путем адаптивного изменения расчетов ТЭП и преобразования модели предприятия «как есть» в новую «как должно быть». Поэтому одним из основных положений предлагаемого подхода является полная интеграция инструментальной и прикладных систем в единое целое.

Немаловажным конкурентным преимуществом является и то, что Smart-MES является единственной отечественной MES-системой, предназначенной для электроэнергетики. Она легко впитывает любые системные пожелания генерирующих компаний. Вообще-то, необходимо только гордиться этой российской разработкой, которая вылилась в такую мощную инновационную самоорганизующуюся систему Smart-MES для любых непрерывных производств. Продвижение же ее именно для электростанций связано с моим огромным опытом работы в электроэнергетике и, особенно, на атомных электростанциях.