Software & Systems

Современный подход к созданию автоматизированных систем предполагает этап внедрения, на котором для уже разработанной системы подготавливается регламент работы с ней, согласующийся с особенностями конкретной организации. В свою очередь, это приводит к доработкам системы и обновлению существующего регламента. Учитывая то, что доработки могут оказаться трудоемкими, но необходимыми для использования системы, время прохождения этапа внедрения может значительно увеличиться. Для решения этой проблемы применяются различные методики, в том числе и онтологический подход, благодаря которому возможно добавление новых знаний во внедряемую автоматизированную систему без ее перепрограммирования, что существенно снижает сроки внедрения.

Достаточно подробный обзор технических аспектов использования онтологий в мультиагентных системах дается в [1]. В данной статье описываются некоторые особенности практического применения онтологий в системах производственного планирования, которые относятся к классу MES-систем [2]. В качестве примера рассматривается опыт построения мультиагентной системы оперативного управления распределением ресурсов инструментального цеха машиностроительного предприятия для ОАО «Ижевский мотозавод «Аксион-холдинг» [3, 4].

По мере проработки онтологии на этапах разработки и внедрения автоматизированной сис- темы возникает вопрос о целесообразности раз- деления онтологии на несколько уровней. Это обусловлено как техническими, так и концептуальными причинами – чтобы алгоритмы планирования могли интерпретировать знания, необходимо выделить базовые понятия предметной области и на их основе строить логику работы данных алгоритмов. Остальные понятия строятся с использованием отношений, базовая часть которых, в свою очередь, также должна интерпретироваться алгоритмами.

Вопрос интерпретации знаний является центральным при разработке БЗ интеллектуальной автоматизированной системы: от того, как именно они интерпретируются, будут зависеть структура данных, пользовательский интерфейс и возможности алгоритмов планирования.

В базовой онтологии предметной области содержатся основные классы концептов «Задача» и «Ресурс». Концепт «Задача» содержит описание требований к ресурсам, необходимым для ее выполнения. Классы концептов организованы в иерархию на принципах наследования. Концепт характеризуется свойствами (атрибутами). Концепт «Задача» имеет следующие атрибуты: Имя, Минимальное допустимое время начала, Максимальное допустимое время начала, Предпочитаемое время начала, Длительность задачи, Приоритет.

Обычно с именами атрибутов концептов связывают конкретное свойство объекта. Наследники от базового концепта будут иметь те же атрибуты, те же имена свойств, однако алгоритмы, знающие только атрибуты базового класса, будут неспособны учитывать специфику концептов наследников. Отчасти это обусловлено требованием следовать одному из принципов объектно-ориен­тированного проектирования – полиморфизму. Как показала практика, использование отношения наследования для описания свойств объектов довольно сильно ограничивает возможности применения их в алгоритмах планирования, которые также должны поддерживать простоту расширения предметной области.

Для этого в реализации логики планирования агентов не накладываются ограничения на имена ссылочных атрибутов, то есть они могут иметь произвольные имена, главное условие – их уникальность. В этом случае поиск атрибутов концептов при планировании осуществляется не по самим именам атрибутов, а по тому, на какие концепты они ссылаются, то есть тип ссылки становится важнее ее имени. Например, не имеет значения, какие именно атрибуты ссылаются на задачи, важен сам факт, что есть ссылки на заказы. Таким образом, на основе этого подхода описание предметной области становится более простым и понятным.

Данный подход можно рекомендовать для описания сложной структуры задач. Задачи могут быть связаны между собой следующими типами отношений:

-      являться подзадачей – в технических процессах может использоваться произвольное количество отношений «являться подзадачей»;

-      предшествовать задаче – подзадачи в технических процессах, как правило, связаны отношениями предшествования;

-      строго предшествовать – никакая третья задача не может быть запланирована на одном ресурсе между двумя данными задачами.

На основе отношения предшествования можно строить также параллельное выполнение задач. Для задач определяется приоритет: чем меньше значение атрибута Приоритет, тем он выше. То есть задача, имеющая приоритет 1, более важна, чем задача с приоритетом 2.

Для выполнения задачи требуются ресурсы, базовым концептом для которых является «Ресурс». Могут задаваться требования к ресурсам, которые описываются в базовой онтологии концептом «Требования задачи». В онтологии предметной области можно также определить наследников концепта «Требования задачи».

Требования задачи могут состоять из нескольких элементарных требований к каждому необходимому ресурсу в отдельности. Для этого в наследнике концепта «Требования задачи» задаются несколько атрибутов, ссылающихся на конкретные требования. Все разновидности конкретных требований к ресурсу имеют общий базовый класс.

Внутри конкретного требования задается атрибут, являющийся ссылкой на ресурс. По классу этого атрибута и будет осуществляться поиск ресурса. Кроме указанной ссылки, у концепта может быть задано произвольное количество пар атрибутов (правил), являющихся предпочтениями задачи к ресурсу: в первом атрибуте, имеющем такое же имя, как и атрибут ресурса, указывается значение, во втором – способ, с помощью которого значение первого атрибута сравнивается со значением соответствующего атрибута ресурса.

Использование требований к ресурсам позволяет при необходимости описать задачу с произвольным количеством ресурсов, каждый из которых должен обладать индивидуальными параметрами.

Еще одна возможность управления процессом планирования – использование онтологических свойств. В качестве теоретической основы в данном случае можно взять модель многоакторной интегрированной информационной среды предприятия [5, 6], в которой предлагается формировать представления сотрудникам предприятия (информационные объекты, описываемые с помощью тегов). Онтологические свойства – это группы тегов с единичными весами.

С каждой задачей или ресурсом могут быть связаны онтологические свойства, отражающие их особенности. В рассматриваемой системе для каждой задачи (технологической операции) задаются онтологические свойства, отражающие суть ее выполнения, например, микронная операция. Это означает, что из всех рабочих с указанными в технологической операции специальностью и разрядом иметь преимущество будут те, кто способен качественно выполнять микронные операции. Для этого задаются наборы положительных и отрицательных онтологических свойств ресурсов.

Если рабочий обладает соответствующим онтологическим свойством в положительном наборе, то ему начисляется «карма» (оценка), если в отрицательном – он не рассматривается при наличии хотя бы одного рабочего без данного отрицательного свойства, то есть, если найдется рабочий без данного отрицательного свойства, лучше назначить выполнять операцию его, в противном случае выполнение приведет, скорее всего, к браку. В онтологических свойствах ресурса допустимо указывать маркировку ДСЕ – тогда при планировании операций по изготовлению данной ДСЕ выбор рабочего с этим положительным свойством будет наиболее предпочтительным.

На рисунке представлены экранные формы по редактированию онтологических свойств рабочих и технологических операций. Экранная форма редактирования рабочего разделена на две зоны. Слева задаются специальности и соответствующие разряды по ним, коэффициент произво- дительности (насколько рабочий способен перевыполнять нормы) и ограничения по габаритам деталей, с которыми рабочий может эффективно работать. В правой части формы задаются два списка – положительных и отрицательных свойств.

Пользовательский интерфейс позволяет выбрать и добавить из выпадающего списка уже существующее онтологическое свойство. Если среди добавленных свойств нет необходимого, можно создать и добавить новое – в этом случае данное свойство можно будет выбрать в качестве положительного или отрицательного для ресурса, а также указать его для технологической операции.

Внедрение MES-систем на промышленных предприятиях сопряжено с рядом проблем, решение которых существенным образом влияет на качество эксплуатации системы и, как следствие, на эффективность работы самой автоматизированной системы на конкретном предприятии. Важно отметить и тот факт, что необходимость выпуска современной конкурентоспособной продукции требует постоянных инноваций как по номенклатуре изделий, так и по самому процессу производства и, как следствие, непрерывной доработки и внедрения автоматизированных систем.

В этом смысле классическое понимание разработки автоматизированных систем от сбора требований до внедрения, обучения персонала и технической поддержки программного продукта переходит к непрерывному творческому процессу по совершенствованию автоматизированной системы как силами самого предприятия, так и с использованием услуг по аутсорсингу. Онтологии позволяют существенным образом снизить трудоемкость доработок автоматизированных систем цехового планирования, что, в свою очередь, оказывает прямое влияние на экономическую эффективность разработки ПО при автоматизации процессов цехового планирования.

Литература

1.     Скобелев П.О. Онтология деятельности для ситуационного управления предприятиями в реальном времени // Онтология проектирования. Самара: Новая техника, 2012. № 1. C. 6–38.

2.     Иващенко А.В., Андреев М.В. Автоматизированная система адаптивного управления производственным планом // Автоматизация и современные технологии. 2009. № 2. C. 37–41.

3.     Поддержка процессов коллективного принятия решений по управлению инструментальным производством на основе мультиагентной системы планирования ресурсов в реальном времени // Управление в распределенных сетецентрических и мультиагентных системах / М.В. Андреев, А.В. Иващенко, О.В. Карсаев [и др.]: матер. науч.-технич. сем. СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 2010. C. 75–80.

4.     Производственная логистика: стратегическое планирование, прогнозирование и управление конфликтами / О.Л. Бухвалов, В.И. Городецкий, О.В. Карсаев [и др.]. // Изв. ЮФУ: Технич. науки. 2012. № 3. C. 209–218.

5.     Иващенко А.В. Интервально-корреляционный анализ ритмичности взаимодействия в интегрированной информационной среде предприятия // Системы управления и информационные технологии. 2010. № 1 (39). C. 32–36.

6.     Иващенко А.В. Управление согласованным взаимодействием пользователей интегрированной информационной среды предприятия. Самара: СНЦ РАН, 2011. 100 с.