Integrált gyártórendszerek

Integrált gyártórendszerek Számítógép hálózatok alapismeretei Összetett szabályozó rendszerek Mérés-adatgyujt˝ ˝ o és irányító szoftver rendszerek Diagnosztika: meghibásodás detektálás és azonosítás ´ Werner Agnes ´ oki ¨ es ´ Informaci ´ os ´ Rendszerek Tanszek ´ Villamosmern

e-mail: [email protected]

IGyR-10 – p. 1/58

Tartalom 1. Számítógép hálózati alapfogalmak • halózati hardver és topológia • hálózati szoftver és protokollok 2. Szabályozó struktúrák jellemzése • egyszeru˝ struktúrák (kaszkád, centrális felügyelo) ˝ • elosztott szabályozó struktúrák 3. Mérés-adatgyujt ˝ o˝ és irányító rendszerek szoftver rendszere • real-time muködés ˝ • a legfontosabb funkcionális egységek 4. Diagnosztika: meghibásodás detektálás és azonosítás

IGyR-10 – p. 2/58

Számítógép hálózatok

IGyR-10 – p. 3/58

´ ıtog ´ ep ´ hal ´ ozatok ´ Szam´ komponensei Hálózati hardver • számítógépek (aktív) és összeköttetések (passzív) • méret, pl. LAN (local area network) • átviteli technológia: adatszóró (vagy többszörös

hozzáférésu) ˝ hálózat, kétpontos hálózat • topológia: összeköttetés típusa, gépek logikai szerepe • csatornakiosztási módszerek (adatszóró hálózatokban)

Hálózati szoftver • réteges szerkezet • az OSI (open systems interface) modell

IGyR-10 – p. 4/58

´ ıtog ´ ep ´ hal ´ ozatok ´ ´ aja ´ –1 LAN szam´ topologi

IGyR-10 – p. 5/58

´ ıtog ´ ep ´ hal ´ ozatok ´ ´ aja ´ –2 LAN szam´ topologi ˝ Topológiafajták elonyei és hátrányai • csillag (klasszikus): pont-pont kapcsolat a központ (szerver)

és a tagok között, tagok kiesését nem érzi meg • gyur ˝ u: ˝ kevés kábellel egyszeruen ˝ megvalósítható, kiesés

esetén használhatatlan • sín (busz): egyszeru˝ és kiesésbiztos, adatszóró átvitelt

igényel

IGyR-10 – p. 6/58

´ adatszor ´ o´ atvitel ´ ´ Csatornakiosztas eseten ˝ is tartalmaz Adatszóró átvitel esetén az üzenet cimzett mezot Csatornakiosztás: a közös csatorna miatti konfliktushelyzet (ki adhat?) kezelésére • statikus módszerek ◦ frekvenciasáv-felosztás elvén ◦ idoosztásos ˝ elven • dinamikus módszerek ◦ központos (központi ütemezo˝ egység) ◦ elosztott (ALOHA: ütközés esetén az ütközok ˝ véletlen

ido˝ elteltével adnak újra, Token passing, CSMA (Carrier Sense Multiple Access))

IGyR-10 – p. 7/58

´ ozati ´ ´ A hal szoftver reteges szerkezete Rétegek: minden hálózatban más és más lehet • jól meghatározott, a többi rétegétol ˝ eltéro˝ funkciók • egymásra épülnek: használják az alattuk lévo˝ réteg

szolgáltatásait, szolgáltatnak a felettük lévo˝ rétegnek • protokollok: a rétegek közti párbeszédet szabályozzák

Két pont közötti információ áramlás: virtuális A → B • a legfelso ˝ n. rétegek közötti logikai üzenet • A- belül a rétegekben lefelé haladva felépül a fizikai üzenet • a legalsó (fizikai) rétegen továbbítódik • B - belül a rétegekben felfelé haladva a legfelso ˝ n. rétegben

˝ a logikai üzenet eloáll A rétegek és protokollok halmazát hívjuk hálózati architektúrának. IGyR-10 – p. 8/58

´ o´ pont-pont kapcsolattal Kommunikaci A legegyszerubb ˝ hálózati protokollok: szinkronizáció és adatcsere Kapcsolati típusok (klasszikus) • semaphore: egyirányú szinkronizáció • send: egyrányú adatküldés jelzéssel • randezvous: kétirányú szinkronizáció • send-receive: kétrányú adatküldés jelzéssel

IGyR-10 – p. 9/58

OSI modell

IGyR-10 – p. 10/58

Szabályozó struktúrák jellemzése

IGyR-10 – p. 11/58

´ ´ jel-folyam abr ´ aja ´ - ism Visszacsatolo´ szabalyoz as S alapjel

y

u Rendszer

kimenet

bemenet x : állapot

állapot visszacsatolás

kimenet visszacsatolás

C Szabályozó

r

referencia jel

IGyR-10 – p. 12/58

¨ bemenetu˝ tobb ¨ kimenetu˝ rendszerek Tobb Szabályozás egy vagy több szabályozóval C MIMO Szabályozó SISO Szabályozó

U(t)

MIMO Rendszer

S

U1(t)

S Y(t)

C1

Y1(t)

MIMO Rendszer U2(t)

Y2(t)

SISO Szabályozó

C2

IGyR-10 – p. 13/58

¨ ´ ´ Osszetett szabalyoz orendszerek –1 Kaszkád szabályozás SISO Szabályozó

C2

Referencia-jel

SISO Szabályozó

C1

S

u1(t)

y1(t)

MIMO Rendszer y2(t)

IGyR-10 – p. 14/58

¨ ´ ´ orendszer ´ ´ ´ Pelda: Osszetett gyart szabalyoz asa C1 Tál-szabályozó

Munkagép Nyers (max 1)

Kész (max 1)

u1(k)=nT1(k) Kocsi 1

Kocsi 2 S1 Tál-gyr

S3 Összeszerel-gyr y(k)=nT2(k)

Munkagép Nyers (max 1)

Kész (max 1)

u2(k)=nT3(k)

Kocsi 1

Kocsi 2 S2 Fül-pár-gyr

C2 Fül-pár-szabályozó C3 Összeszerelszabályozó

IGyR-10 – p. 15/58

¨ ´ ´ Osszetett szabalyoz orendszerek –2 Centrális szerkezetu˝ elosztott szabályozórendszer Központi szabályozó

Lokális szabályozó 1

....

Lokális szabályozó n

˝ Jellemzok • központi (szerver) gép sokkal nagyobb kapacitású:

felügyelo˝ szabályozás, központi mérésadatgyujtés ˝ és archiválás • lokális szabályozók: pl. PID vagy PLC egységek • csillag topológiájú hálózathoz illeszkedik

IGyR-10 – p. 16/58

¨ ´ ´ Osszetett szabalyoz orendszerek –3 "Demokratikus" szerkezetu˝ elosztott szabályozórendszer HÁLÓZAT

Lokális szabályozó 1

Lokális szabályozó 2

....

Lokális szabályozó n

˝ Jellemzok • a kontrollerek bármilyen kapacitásúak lehetnek, nincs

kituntetett ˝ egység • sín topológiájú adatszóró hálózathoz illeszkedik • általában statikus csatornakiosztással és kis

adatforgalommal

IGyR-10 – p. 17/58

´ Tabla (blackboard) szerkezet "Demokratikus" szerkezetu˝ elosztott szabályozórendszerhez nagy adatforgalommal

TÁBLA (közös adatok)

Lokális szabályozó 1

Lokális szabályozó 2

....

Lokális szabályozó n

IGyR-10 – p. 18/58

Mérés-adatgyujt˝ ˝ o és irányító szoftver rendszerek

IGyR-10 – p. 19/58

¨ A szoftver rendszerek kornyezete A mérés-adatgyujt ˝ o˝ és irányító szoftver rendszerek környezete

Plant or process

Controller (Computer) c

c

process interface

operator interface

IGyR-10 – p. 20/58

´ ¨ es ´ A valos-idej u˝ (real-time) muk ˝ od A legfontosabb szükséges tulajdonságok ˝ 1. idofügg o˝ reagálási képesség ˝ válaszido˝ 2. véges eloírt 3. time-out (adott ido˝ múlva eldobja a feladatot) 4. nyers mért adatok nem veszhetnek el 5. prioritás kezelés 6. "nice degradation" (bájos funkció-öncsökkentés nagy terhelésre) Legfontosabb szoftver komponensek (processzek vagy taszkok) • elsodleges ˝ feldolgozás - (primary processing) • esemény-kezelés (event handling) • tágabb értelemben vett szabályozók IGyR-10 – p. 21/58

´ adatszerkezetek A legfontosabb processzek es Számítógéppel irányított rendszereknél raw measured data

primary processing data

measured data

actuator data

events

data base handling

measurement device handling

primary processing

event handling

controller(s)

CLOCK IGyR-10 – p. 22/58

´ –1 A legfontosabb funkciok

˝ Elsodleges/másodlagos adatfeldolgozás 1. hiányzó vagy érvénytelen adatok kezelése 2. mérnöki egységekre való átszámítás 3. határérték figyelés 4. szurés ˝ 5. átlagolás Folyamat-felügyeleti (monitoring) feladatok 1. vészjelzés generálás 2. folyamat-trendek képzése 3. naplók készítése IGyR-10 – p. 23/58

´ –2 A legfontosabb funkciok

Irányítási feladatok 1. irányítás és szabályozás • PID, etc. • vezérlo ˝ szekvenciák (operátori eljárások)

˝ 2. állapotbecslés (Kalman-szur ˝ o) 3. identifikáció • modell paraméter becslés • modell struktúra becslés

4. diagnosztika • predikción (elorebecslésen) ˝ alapuló • identifikáción alapuló IGyR-10 – p. 24/58

Diagnosztika: meghibásodás detektálás és azonosítás

IGyR-10 – p. 25/58

¨ ´ ´ ´ Uzemek berendezeseinek meghibasod asa Hibás muködés ˝ ⇒ minél gyorsabban és pontosabban lokalizálni a hibát ⇒ megakadályozni az abnormális események tovaterjedését és csökkenteni a termeléskiesést ⇓

hiba detektálás és diagnosztika Mialatt az üzem/gyár egy irányítható normális üzemi tartományban üzemel, a hibák korai felismerése és diagnosztikája segít az abnormális események tovaterjedésének megakadályozásában és csökkenti a termelékenység kiesést. Módszerek: analitikus, mesterséges intelligencián alapuló, statisztikai megközelítések

IGyR-10 – p. 26/58

Intelligens rendszerek Az operátori szaktudás hiányának pótlására olyan intelligens rendszerek támogatása szükséges, amelyek biztosítják a rendszer vagy üzem biztonságos muködését. ˝ ˝ ol ˝ származó heterogén Ezen intelligens rendszerek a szakértokt tudást (pl. HAZOP, FMEA analízis eredményei) egy egységes keretrendszerben felhasználva muködnek. ˝ Minden üzem más és más, ezért nehéz egy egységes, ˝ független intelligens diagnosztikai rendszer tématerülettol megvalósítása.

IGyR-10 – p. 27/58

´ ´ Meghibasod asok A muködési ˝ egységekben, alrendszerekben meghibásodások, hibák keletkezhetnek. A hiba a berendezés valamely paraméterének vagy ˝ változójának nem megengedett eltérése a névleges értéktol. Hatása, fennállása: • lehet idoszakos, ˝ ekkor zavarról beszélünk, • lehet állandó, ekkor változásnak nevezzük

Meghibásodás: a rendszer muködésében ˝ olyan esemény következett be, amely a rendszer tényleges funkcionalitásának részleges vagy teljes módosulását vonta maga után, amelynek káros hatásai lehetnek a rendszerre, az emberekre és/vagy a környezetre. A rendszerben keletkezo˝ meghibásodások eredhetnek emberi hibákból is. IGyR-10 – p. 28/58

Diagnosztika A diagnosztika célja, hogy különbözo˝ meghibásodási módokban felfedezi, detektálja és izolálja a rendszerhibákat és meghibásodásokat a mért adatokból és a jó, valamint a hibás ˝ muködést ˝ leíró rendszer modellekbol. A diagnosztika az operátorok számára információt szolgáltat a rendszer állapotáról, és befolyásolja a szabályozók muködését. ˝

IGyR-10 – p. 29/58

Hibadiagnosztika Az általános diagnosztikai feladat az alábbi formában fogalmazható meg. Adott: • egy rendszer (eszköz, fizikai rendszer, fiziológiai rendszer,

. . . ). • a megfigyelések halmaza (mérések, tesztek, szimptómák,

vizsgálatok, . . . ), amely az abnormális (nem várt, rendellenes,. . . ) viselkedésnek megfelel Feladat: • meghatározni, hogy a rendszer normális állapotú-e

(hibadetektálás), s ha nem, mi a rendszer hibamódja, milyen hiba következett be (hibaizoláció). • beavatkozást keresni azzal a céllal, hogy a rendszer

normális viselkedése visszaálljon (helyreállítás, újra konfigurálás,. . . ). IGyR-10 – p. 30/58

Hibadiagnosztika A hibadetektáló és -diagnosztikai módszerek három fo˝ csoportba sorolhatók • a modell nélküli módszerek, • a modell alapú módszerek, • tudás alapú módszerek.

IGyR-10 – p. 31/58

¨ ok ˝ epess ´ ´ es ´ veszelyelemz ´ ´ (HAZOP) Muk eges ˝ od ˝ muköd ˝ oképességés veszélyelemzés vagy muködésbiztonsági ˝ veszélyelemzés (HAZard and OPerability analysis, HAZOP) A HAZOP elemzés elve: a rendszer paramétereinek vagy változóinak normális állapottól való eltérését a már létezo˝ vagy kialakulóban lévo˝ hibák okozzák. ˝ meghatározott, ún. vezérszavakat Az elemzés során elore (guide words) (pl. MORE, LESS, NONE, . . . ) használnak. A HAZOP elemzés során felsorolják a potenciális hiba okokat és a következményeket, valamint a hibákhoz ˝ o/védelmi ˝ rendelheto˝ megeloz intézkedéseket az általános tapasztalatok alapján.

IGyR-10 – p. 32/58

¨ ok ˝ epess ´ ´ es ´ veszelyelemz ´ ´ (HAZOP) Muk eges ˝ od

IGyR-10 – p. 33/58

´ ´ od ´ es ´ -hatas ´ elemzese ´ (FMEA) Meghibasod asm ˝ Tetszoleges rendszerek, alrendszerek, berendezések, funkciók, ˝ technológiai eljárások diagnosztikai szempontú minoségi analízise. Az FMEA feltérképezi maguknak a berendezéseknek, alrendszereknek a lehetséges meghibásodását, és a meghibásodások helyi és rendszer szintu˝ következményeit. Az egyes meghibásodásokat a rendszeren belüli többi meghibásodástól független eseménynek tekinti, kivéve azokat a hatásokat, amelyeket maga a meghibásodás okozhat. Az FMEA analízis eredményét táblázatos formában rögzítik.

IGyR-10 – p. 34/58

´ ´ od ´ es ´ -hatas ´ elemzese ´ (FMEA) Meghibasod asm

IGyR-10 – p. 35/58

Folyamatbányászat

IGyR-10 – p. 36/58

´ asa ´ Adatok felhasznal A folyamatbányászat az adatbányászat egy speciális területének is tekintheto˝

IGyR-10 – p. 37/58

´ aszat? ´ Mi is a folyamatbany • A folyamatbányászat célja: a folyamati adatokból valódi

hasznosítható tudásanyag kinyerése. • Felderíthetok ˝ és megjeleníthetok ˝ azok az összefüggések

(pl. az ügyfélcsoportok, régiók, a termékek stb. között), amelyek ◦ a hosszú átfutási idoért, ˝ ◦ a magas költségekért, ◦ a rossz minoségért ˝ ˝ felelosek. • Felderíthetoek ˝ a gyártási folyamatban megjeleno˝ hibák,

amelyek ◦ a leállásokért, ◦ a hosszabb gyártási idoért ˝ ˝ felelosek.

IGyR-10 – p. 38/58

´ esek, ´ ´ Kerd amelyekre valaszt kaphatunk: • Melyik a leggyakrabban használt útvonal a folyamatban? • Milyen bejárható útvonal lehetoségek ˝ léteznek a

folyamatban? • Mennyi az átfutási ideje az egyes eseményeknek? • Mennyi a feladatok kiszolgálási ideje? • Mikor zárul le egy eset? • Mennyi ido˝ telik el két feladat között a folyamatban? • Tipikusan hány embert érint egy bizonyos feladat? • Hol van eltérés a valódi (megfigyelt) folyamat és a

modellezett folyamat viselkedése között? • stb.

IGyR-10 – p. 39/58

´ aszat ´ ´ A folyamatbany perspekt´ıvai Minden folyamatot megvizsgálhatunk más-más szempont szerint is, ezeket perspektíváknak nevezzük.

IGyR-10 – p. 40/58

´ os ´ rendszerek Folyamatkezelo˝ informaci • folyamatirányító rendszerek, pl.: WebSphere software,

Staffware, Flower, Eastman software, People Soft, Adept • web szerverek, pl.: Apache • SCM rendszerek (Szoftver Konfiguráció Menedzsment

rendszerek), pl.: Subversion, CVS • kórházi információs rendszerek pl.: Chipsoft • vállalati eroforrás ˝ tervezo˝ rendszerek pl.: SAP • ügyfél kapcsolatokat menedzselo˝ rendszerek pl.: Microsoft

Dinamics CRM

Ezek felhasználásával készülhet a folyamatokról napló fájl IGyR-10 – p. 41/58

´ aszat ´ A folyamatbany magas szintu˝ modell diagramja

IGyR-10 – p. 42/58

´ ´ o´ Egy lehetseges implementaci

IGyR-10 – p. 43/58

´ aszati ´ ´ Folyamatbany segedprogramok A folymatbányászat fo˝ lépései

IGyR-10 – p. 44/58

´ ok ´ meta modelljenek ´ ´ ´ Az informaci letrehoz asa UML diagram

IGyR-10 – p. 45/58

Mining XML struktura ´

IGyR-10 – p. 46/58

´ ´ Pelda MXML formatum A Staffware rendszer saját formátumú naplózásának MXML formátumra való fordításából kapott eseménynapló egy részlete: <Source program="Staffware"> 7.0 complaints handling <WorkflowModelElement>Case start <EventType unkowntype="case_event">unkown <Timestamp>2002-04-16T11:06:00:000+001:00 <WorkflowModelElement>Register complaint <EventType>schedule <Timestamp>2002-04-16T11:16:00:000+001:00 jvluin@staffw

IGyR-10 – p. 47/58

´ aszati ´ ¨ ok ¨ Folyamatbany eszkoz ProM keretrendszer • nyílt forráskódú folyamatbányászati eszköz; • jelenleg több mint 280 plugin érheto˝ el az alkalmazáshoz • jellemzoi: ˝ ◦ az eseménynaplót MXML formátumban várja; ◦ naplózás szurése; ˝ ◦ támogatja a legfontosabb folyamatmodelleket is

◦ ◦ ◦ ◦ ◦

inputként (Petri-háló, EPCs/EPKs (Aris gráf formátum), YAWL stb.); ˝ konvertálási lehetoségek; analízis; ˝ megfeleloség vizsgálat; verifikáció; stb. IGyR-10 – p. 48/58

´ A ProM keretrendszer architektur ´ aja

IGyR-10 – p. 49/58

´ oi ´ felulete A ProM keretrendszer felhasznal ¨

IGyR-10 – p. 50/58

´ ´ Petri-hal ´ o´ A ProM altal generalt

IGyR-10 – p. 51/58

´ trace osszehasonl´ ¨ ´ ¨ ´ ´ Ket ıtasa, a kul egek kiemelese ¨ onbs

IGyR-10 – p. 52/58

´ Kapcsolati matrix ˝ és az események kapcsolati mátrixa A folyamatban résztveok

IGyR-10 – p. 53/58

´ as ´ vizsgalat ´ Torlod Az eseménynaplók bányászata ProM-ben: torlódás vizsgálat

IGyR-10 – p. 54/58

¨ es ´ Nyomonkovet Az eseménynaplók bányászata ProM-ben: a folyamat végrehajtásának nyomonkövetése

IGyR-10 – p. 55/58

´ ag ´ vizsgalat ´ Hasonlos Az eseménynaplók bányászata ProM-ben: hasonlóság vizsgálat

IGyR-10 – p. 56/58

Fitnesz teszt I. A fitnesz teszt összehasonlítása hibát tartalmazó modell és normál log esetében - modell nézet

IGyR-10 – p. 57/58

Fitnesz teszt II. Fitnesz teszt egy normál referencia modell és egy muködési ˝ hibákat tartalmazó log összehasonlítása alapján - log nézet

IGyR-10 – p. 58/58