3.1.3. Инструментальная среда «оператор»

Инструментальная среда «Оператор», созданная в ИПУ РАН, представляет собой многофункциональный комплекс средств поддержки разработки и эксплуатации обычных и интеллектуальных приложений для верхнего уровня АСУТП (и частично АСУП), решающих произвольный спектр задач управления, контроля, мониторинга, диагностики, прогнозирования, оперативной поддержки принятия решений и др. Важной характерной особенностью решений на базе «Оператор» является тесная интеграция всего разрабатываемого ПО на уровне вычислительных процессов и задач. Аналогично, полностью взаимосвязаны и инструментальные средства комплекса, поддерживающие все аспекты проектирования – от создания моделей знаний о предметной области и целевой среде до разработки комфортного динамического мультимедийного пользовательского интерфейса.

Обобщенная архитектура синтезируемых в «Операторе» приложений представлена на рис.50.

Рис.50. Обобщенная архитектура приложений

В данной архитектуре базовые компоненты имеют следующее назначение.

Информационно-управляющая станция (ИУС) представляет собой графическую станцию (X-терминал), предназначенную для отображения хода процессов, результатов технической диагностики, ввода управляющих воздействий, выполнения инструкций, консультаций с встроенной ЭСРВ.

Центр обработки (ЦО) – это вычислительная система, на которой выполняются основные функциональные задачи, поддерживается работа с архивами технологических данных и базами знаний ЭСРВ.

Коммуникационные компьютеры (КК) используются для организации информационного обмена между верхним и нижним уровнями АСУТП.

В части взаимодействия с подсистемами нижнего уровня АСУТП в базовой конфигурации «Оператора» поддерживаются стандартными драйверами интерфейсы:

• CМ 1810;

• VXI (Hewlett Packard);

• ТПТС производства ВНИИА;

• VME

• МСКУ (г. Северодонецк).

Общими требованиями к целевому программному окружению, на которое ориентирована система «Оператор», является поддержка (на уровне базового ПО) POSIX, ANSI C, Motif 1.1/XLib 5.0 Rel и TCP/IP.

В настоящее время программное обеспечение «Оператор» функционирует на следующих аппаратных платформах:

1. HP 9000 700/800 серий;

2. HP 700i, 800i (промышленные рабочие станции);

3. HP X-терминалы;

4. Pentium, Pentium II, K6 и др.;

5. VAX/VMS;

6. Alfa DEC;

7. RS 6000;

8. SUN в обычном и промышленном исполнении;

9. Compact PCI, включая СМ 1820.

Общая иерархия инструментальных средств «Оператора» изображена на рис.51.

Рис.51. Иерархия инструментальных средств платформы «Оператор»

Универсальные средства программирования представляют собой мощную объектно-ориентированную среду разработки распределенных многокомпьютерных систем различного назначения. В ее состав входят три продукта.

1. Язык логического программирования АБИС является мощным языком высокого уровня, специально разработанным для решения задач из области искусственного интеллекта, сложной логической обработки информации, работы с базами данных. Оснащенный машиной логических выводов прямого типа, он позволяет эффективно и быстро решать сложные и объемные логические задачи в реальном масштабе времени. АБИС реализован на языке C в стандарте ANSI и обладает 100-процентной переносимостью. В настоящее время АБИС-программы работают под управлением операционных систем MS DOS, VAX/VMS, UNIX. Непосредственно языку АБИС посвящен отдельный п.3.1.3.1.

2. Процессор объектно-ориентированной графики (IZ-процесс) представляет собой универсальный программный продукт высокого уровня, позволяющий использовать все ресурсы мультимедиа на базе современных графических рабочих станций, поддерживает создание проблемно-ориентированных меню, организацию сложных диалогов, работу с примитивами пользовательского интерфейса – графиками, диаграммами и т.п. IZ-процесс работает также со звуком и допускает подключение видеокамер. IZ-процесс реализован на языке C в стандарте ANSI и так же, как АБИС, может портироваться на любые платформы. В настоящее время IZ работает под операционными системами линии UNIX:

   1. HP-UX на компьютерах серии Hewlett Packard серии 9000;

   2. SCO UNIX на персональных компьютерах;

   3. SunOS 4.1.xx на SUN SPARC;

   4. AIX на IBM серии RS 6000;

   5. Ultrix на компьютерах DEC.

3. Библиотека поддержки разработки распределенных систем используется для создания программных систем на основе языка АБИС и процессора графики IZ. Библиотека реализована на языке C в стандарте ANSI и использует стандартную библиотеку поддержки сетевого протокола обмена TCP/IP. Программная система представляет собой совокупность процессов (задач), работающих на одном или нескольких компьютерах, связанных друг с другом посредством скоростных программных каналов. В ходе работы процессы обмениваются между собой сообщениями, транспортировку которых осуществляет Библиотека (см. рис.52).

Рис.52. Взаимодействие ПО на базе АБИС и IZ.

Средства разработки приложений включают три компонента, которые представляют собой совокупность библиотек готовых программных модулей на языке АБИС, настраиваемых на приложения по определенным технологиям (непосредственно настройка осуществляется при помощи специализированных языков – надстроек над АБИС; процедура настройки на приложения по функциям схожа с заполнением реляционной базы данных по заданным спецификациям).

1. Диалоговый интерфейс с оператором (AB-процесс) предназначен для организации диалогового взаимодействия с оператором во всех режимах работы, к которым относятся:

   1. режим контроля/управления;

   2. режим работы с системой диагностики;

   3. режим консультации с экспертной системой;

   4. режим просмотра архивов;

   5. режим автоматизированного выполнения инструкций и регламентов.

2. Подсистема связи с источниками информации (DB-процесс) решает весь спектр задач по обработке сигналов от нижнего уровня и управляющих воздействий от оператора. Программное обеспечение DB-процесса построено по специальной технологии, обеспечивающей обработку сигналов в реальном времени независимо от колебаний их потока с нижнего уровня.

3. Экспертная система (ES-процесс) решает весь спектр задач интеллектуальной поддержки оператора и осуществляет режимную диагностику технологического процесса.

Обобщенная схема взаимодействия перечисленных процессов изображена на рис.53.

Рис.53. Схема взаимодействия базовых процессов

Две системы автоматизированного проектирования предназначены для автоматизации процесса разработки прикладных систем.

Они представляют собой специализированные диалоговые системы, реализованные на базе языка АБИС и средств IZ-процесса.

САПР для разработки AB, ES, DB-процессов полностью поддерживает технологию создания AB, ES и DB-процессов для конкретные приложений.

САПР для разработки систем технической диагностики предназначен для генерации правил режимной диагностики ES-процесса.

Собственно ЭСРВ (ES-процесс), поддерживаемая в приложениях «Оператор», в целом не является ЭС широкого функционального профиля. Данная подсистема обеспечивает, в первую очередь, интеллектуальную поддержку оператора в процессе работы. Базовые возможности ЭСРВ основаны на качественных моделях физических процессов, определяемых в терминах, схожих с понятиями, применяемыми экспертами и пользователями. Важно однако, что на основе этих моделей ЭСРВ «Оператор», работая синхронно с реальным процессом, способна анализировать его состояние и динамику, определяя причинно-следственные связи между событиями. Выявленные связи могут сохраняться в базе знаний. Соответственно, в режиме консультации с ЭСРВ оператор получает возможность не только непосредственно использовать информацию, генерируемую системой в ходе интеллектуального анализа процесса, но и получить данные о причинах отклонений параметров процесса от нормы и т.п. Вместе с тем качественные модели позволяют решать задачи прогноза. В этом случае оператор может запросить экспертную систему о вероятных последствиях событий: управляющих воздействий, неисправностей, аварий и др.

Самостоятельной функциональностью ЭСРВ является также поддержка т.н. «режимной диагностики». Данный тип диагностических алгоритмов предназначен для того, чтобы помочь оператору решать три главные задачи анализа процесса. Первая задача: в реальном масштабе времени оценивать правильность протекания процесса и определять те параметры, которые отклонились от нормальных значений. Вторая задача - собственно диагностика – должна оперативно выявлять место и причины этих отклонений. Третья задача: идентифицировать источник неисправностей путем отнесения его к следующим трем видам:

• неисправность отдельных элементов системы;

• неправильное функционирование системы управления;

• ошибочные действия оператора.

В более полном объеме возможности и особенности ЭСРВ «Оператор» будут проанализированы в п.3.2.4 при рассмотрении базового средства их реализации – языка АБИС.

Интегральный уровень компетенции ЭСРВ «Оператор» (и всей системы в целом) в общем случае не ограничивается функциями верхнего уровня АСУТП за счет возможности использования открытых Internet-интерфейсов на базе компонента «Оператор-Web-сервер».

«Оператор-Web-сервер» обеспечивает доступ к следующим видам информации:

• значениям измеренных и расчетных аналоговых и дискретных параметров в интересующий интервал времени;

• экземплярам отчетов, формируемым автоматически системой «Оператор»;

• справочной, нормативной документации, технологическим инструкциям, проектной технической документацией, схемам, чертежам и прочим документам, созданным вне системы «Оператор».

Работа с Onepamop-Web-сервером осуществляется с рабочих станций, персональных компьютеров, ноутбуков и других видов вычислительной техники, подключенных к сети. Для обеспечения диалога с «Оператор-Web-сервером» могут использоваться обычные Web-браузеры и любые другие программные продукты, поддерживающие стандарты HTTP, HTML и язык Java.

Информация через Web-браузеры выдается в следующих формах:

• таблиц;

• графиков;

• форматированных документов, содержащих рисунки, видеокадры, копии экранов, звуковые вставки и др.;

• интерактивных программ, написанных на языке Java.

Подключение к «Оператор-Web-сервер» не требует инсталляции никаких дополнительных программных продуктов и может осуществляться персоналом предприятий самостоятельно. Никакой платы за подключение не предусматривается.

При необходимости «Оператор-Web-сервер» оснащается средствами защиты от несанкционированного доступа.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод о том, инструментальная среда «Оператор» вполне соответствует уровню современных развитых средств проектирования обычных и интеллектуальных компонентов ПО верхнего уровня АСУТП. В части реализации методов ИИ возможности «Оператора» определяются выразительными возможностями и характеристиками языка АБИС, рассматриваемого в следующем параграфе.