ZARYS STRUKTURY ZINTEGROWANEGO SYSTEMU ENERGETYKI PROSUMENCKIEJ

Transkrypt

1 Mirosław Zaborowski ZARYS STRUKTURY ZINTEGROWANEGO SYSTEMU ZARZĄDZANIA I STEROWANIA PROCESAMI ENERGETYKI PROSUMENCKIEJ zaborowski.miroslaw@gmail.com

2 Plan prezentacji. Struktura oprogramowania systemów zarządzania i procesami w przedsiębiorstwach. Standard ISA Podstawy teorii procesami w przedsiębiorstwach ę 3. Przykład modelowania integracji zarządzania i ciągłym procesem wytwórczym. 4. Przykłady podprocesów generacji energii w procesach gospodarczych organizacji prosumenckich

3 Struktura oprogramowania systemów zarządzania i procesami w przedsiębiorstwach ę Według teorii procesami w przedsiębiorstwach (EPC, Enterprise Process Control) oprogramowanie komputerowych systemów zarządzania i procesami jest siecią agentów działających w określonej kolejności w chwilach czasu dyskretnego i obiektów informacyjnych y odczytywanych yy y i zapisywanych y przez agenty. Obiektami informacyjnymi są zmienne wejściowe i wyjściowe operacji wykonywanych przez agenty, a także obiekty strukturalne, czyli procesy, zasoby, wykonania procesów, systemy organizacyjne i konta zasobów. Zmienne są atrybutami obiektów strukturalnych

4 Struktura oprogramowania systemów zarządzania i procesami w przedsiębiorstwach, c.d. Operacjami agentów w bazowych procesach gospodarczych są procedury sterowników (np. algorytmy y regulatorów PID) i przetworników pomiarowych. Operacjami agentów w procesach gospodarczych na wyższych poziomach organizacyjnych są wszelkie operacje gospodarcze (np. procedury transakcji magazynowych, transakcji księgowych itp.), a także operacje inicjujące i zamykające wykonania procesów zarządczych (np. planowania i harmonogramowania produkcji, projektowania zmian konstrukcyjnych itp.). Agenty dzielą się na informacyjne i decyzyjne. W systemach EPC każdy agent należy do określonego procesu gospodarczego. Operacje decyzyjne i informacyjne są wykonywane odpowiednio w chwilach początkowych i końcowych poszczególnych wykonań procesów gospodarczych

5 Chwile czasu dyskretnego działania działania działania działania sterujące sterujące sterujące sterujące informacje decyzje informacje decyzje informacje decyzje informacje decyzje realizacja realizacja realizacja realizacja realizacja procesu procesu procesu procesu procesu czas Oznaczenia: chwila próbkowania (chwila interwencji) okres próbkowania (okres planistyczny) WSB 5

6 Systemy bezpośredniego dla przykładowego ciągłego procesu wytwarzania

7 Trudności integracji zarządzania i procesami wytwórczymi y Integracja zarządzania procesami gospodarczymi i w procesach bazowych jest trudna, ponieważ sprzęt i oprogramowanie działające na różnych poziomach organizacyjnych przedsiębiorstw są projektowane według innych zasad, są dostarczane przez różne wyspecjalizowane firmy i dotyczą ich różne normy i standardy. Standardy integracji porządkują pojęcia używane na różnych poziomach zarządzania i i opisują związki między tymi pojęciami. Najbardziej znany jest standard ISA-95: Integracja systemów zarządzania i procesami przedsiębiorstw wytwórczych. Standard ISA-95 szeroko i dokładnie przedstawia związki między zmiennymi przetwarzanymi w systemach zarządzania i obiektami struktury organizacyjnej przedsiębiorstw, lecz związki tych obiektów z operacjami systemów zarządzania i opisuje w sposób nieformalny. Ten brak utrudnia restrukturyzację oprogramowania, konieczną w przypadku restrukturyzacji procesów gospodarczych przedsiębiorstwa i jest jedną z przyczyn istnienia tzw. muru biznes informatyka

8 Teoria procesami przedsiębiorstwa (EPC) Alternatywą standardu ISA-95, jest teoria EPC, w której zintegrowany system zarządzania przedsiębiorstwem i w jego bazowych procesach gospodarczych jest postrzegany nie jako wynik integracji różnych systemów, ale jako implementacja jednego, złożonego systemu. Teoria EPC jest opisem szkieletowego systemu procesami w przedsiębiorstwie (Enterprise Process Control Framework). Teoria EPC dotyczy wszystkich przedsiębiorstw i innych organizacji zaspokajających potrzeby osób i organizacji z ich otoczenia. W systemach EPC każdy agent jest jednoznacznie przypisany do określonego procesu gospodarczego, co burzy mur B-I, bo sprawia, że model struktury procesów jest zarazem modelem struktury oprogramowania. Teoria EPC opiera się na spostrzeżeniu, że zarządzanie jest szczególnym przypadkiem

9 Name: Package: Version: Author: Rys..8. Zarządzanie Wykrys08 Zarządzanie.0 Mirek Zarząd Zarządzanie Zarząd Pracownik zarządzający decyzje informacje do zarządzania zarządzania JedSter Pracownik decyzje zarządzania decyzje Pracownik zarządzajacy Nadzór Pracownik nadzorujący JedSter Urządzenie sterujące informacje do zarządzania informacje Zarządzanie ą jest szczególnym przypadkiem. Typowe decyzje to plany. Typowe informacje to raporty. decyzje podrzędne informacje podrzędne decyzje podrzędne informacje podrzędne ObSter ObSter Obiekt Techniczny obiekt

10 Name: Package: Version: Author: Rys..a. Bazowy system W rys0a Schemat bazowego systemu ze sprzężeniem zwrotnym.0 Mirek Nadzór Jednostka nadzorcza systemu bazowego Bazowy system wielkości wielkości decyzje informacje zadające zmierzone JedSter Bazowa jednostka sterująca Proces bazowy jest bazowym systemem obiektami infrastrukturalnymi wielkości sterujące rzeczywiste wielkości sterowane i zakłócające ObSter Infrastrukturalny obiekt

11 SC DA td t c2d c2 AC - 2 AI - 2 (f4 /f)d TC - TI - Schemat FF - 4 blokowy f4 f5d f5 f4d przykładowego systemu FC - 4 FI - 4 FC - 5 FI - 5 m4 m5 procesem hd LC - h h2d h2 LI - LC - 2 LI - 2 f2d LC - 0 f3d f3 fd f f2 FC - 3 FI - 3 FC - FI - FC - 2 FI - 2 m3 m m

12 Name: Package: Version: Author: decyzje JedDecNad Nadrzędna jednostka decyzyjna Rys..2. Jednostki decyzyjne i informacyjne W rys02 Jednostki decyzyjne i informacyjne.0 Mirek JedDec Jednostka decyzyjna decyzje podrzędne Syster informacje JedInfNad Nadrzędna jednostka informacyjna JedInf Jednostka informacyjna informacje informacje podrzędne Jednostki informacyjne id decyzyjne Sterowanie obejmuje pozyskiwanie informacji o obiekcie i opracowywanie decyzji dotyczących obiektu Jednostka sterująca składa się z jednostki informacyjnej i jednostki decyzyjnej. ObSter Obiekt lub zbiór kooperujących obiektów System

13 Zapis i odczyt zmiennych w systemach komputerowych Schematy blokowe z blokami funkcjonalnymi są często interpretowane jako modele przepływu informacji między procedurami przetwarzania informacji. W systemach komputerowych przepływ informacji jest zawsze zapisem wartości zmiennych do miejsc ich pamięci i ich odczyt z tych miejsc. Zmienne stanu są biernymi obiektami informacyjnymi, zapisywanymi przez procedury zawarte w obiektach czynnych jako ich zmienne wyjściowe, a następnie pobieranymi do innych procedur jako ich zmienne wejściowe. Dotyczy to zwłaszcza systemów, gdzie ich jednostki sterujące, a także należące do nich jednostki decyzyjne i informacyjne, są zbiorami i procedur przetwarzania zmiennych w agentach WSB 3

14 Name: Package: Version: Author: Zmienne decyzyjne i informacyjne W rys02 Zmienne decyzyjne i informacyjne.0 Mirek JedDecNad Nadrzędna jednostka decyzyjna JedInfNad Nadrzędna jednostka informacyjna ZmDec zmienne decyzyjne Syster System ZmInf zmienne informacyjne Pamięć zmiennych w systemie JedDec JedInf Jednostka decyzyjna Jednostka informacyjna ZmSteruj zmienne sterujące ObSter ZmSterow zmienne sterowane Obiekt lub zbiór kooperujących obiektów WSB 4

15 Name: Package: Version: Author: Rys..4. Obiekt jako podrzędny system Wykrys04 Obi ekt sterowani a j ako podrzędny system.0 Mirek decyzje decyzje podrzędne wielkości sterujące JedSterNad Nadrzędna jednostka sterująca SySter JedSter Jednostka sterująca ObSter Obiekt..... informacje System = Obiekt w nadrzędnym systemie informacje podrzędne wielkości sterowane System jako obiekt nadrzędnego systemu System organizacyjny jest systemem swymi podsystemami i systemem nadzorującym systemy w swoich procesach gospodarczych Proces gospodarczy jest systemem zasobami systemu organizacyjnego oraz systemem swoimi podprocesami p

16 Name: Package: Version: Author: Rys..0. Typowa struktura organizacyjna przedsiębiorstwa Wykrys0 Typowa struktura organizacyjna przedsiębiorstwa.0 Mirek rynek pracy przedsiebiorstwa rynek finansowy przedsiebiorstwa rynek zaopatrzenia przedsiebiorstwa globalny system gospodarczy naczelny system organizacyjny przedsiebiorstwo otoczenie podatkowe przedsiebiorstwa srodowisko naturalne przedsiebiorstwa rynek zbytu przedsiebiorstwa dostawca2 przedsiebiorstwa dostawca przedsiebiorstwa sektor MTS zakladu wydzial zaklad2 wydzial2 zaklad sekcja3 sekcja2 sekcja sektor MTO zakladu wydzial3 klient przedsiebiorstwa klient2 przedsiebiorstwa klient3 przedsiebiorstwa Typowa struktura organizacyjna przedsiębiorstwa centrum robocze centrum robocze 2 centrum robocze 3 Każdy system organizacyjny jest systemem stanowisko robocze stanowisko robocze

17 Name: Package: Version: Author: Proces podgrzewania i mieszania Class Model.0 Mirek Przykład procesu gospodarczego komponent B : Zasób wejściowy komponent A zimny :Zasób wejściowy wejściowy produkcji w toku czynnik grzewczy w instalacji :Zasób mieszanka w instalacji :Zasób produkcji w toku czynnik grzewczy ochlodzony : Za sób wejściowy +proces +proces wyjściowy wyjściowy czynnik grzewczy : Zasób wejściowy +proces +proces proces podgrzewania i mieszania : Proces +proces wyjściowy mieszanka : Zasób wejściowy producji w toku +podproces +podproces czynnik grzewczy w podgrzewaczu : Za sób komponent A w podgrzewaczu : Za sób produkcji w toku +podproces komponent A cieply :Zasób wejściowy +podproces produkcji wtoku +podproces mieszanka w mieszalniku : Zasób czynnosc +podproces podgrzewania : czynnosc +podproces wyjściowy +podproces Podproces mieszania : Podproces +podproces produkcji w toku wyjściowy +podproces +podproces

18 Symbole ArchiMate na diagramach UML Name: Package: Version: Author: 00b symbole ArchiMate Class Model.0 Mirek asocjacja j obiekt :Klasa obiekt :Klasa kompozycja obiekt :Klasa kompozytów obiekt :Klasa komponentów agregacja słaba obiekt :Klasa grup obiekt :Klasa elementów grup porządek obiekt :Klasa obiekt :Klasa realizacja obiekt :Klasa obiekt :Klasa obiekt :Klasa użycie dostęp obiekt :Klasa obiekt :Klasa dostęp wejściowy obiekt dostepny : Klasa obiekt :Klasa obiekt wynikowy : Klasa dostęp wyjściowy

19 Name: Package: Version: Author: Obiekty strukturalne oraz agenty i zmienne Class Model.0 Mirek Agenty i zmienne stanu. Procesy i zasoby. zmienna Zmienna Stanu Zasobu..* +zmienna stanu Agent Sterowania..* +agent..* +agent +zmienna wejściowa..* +agent +zmienna wyjściowa..* zmienna Zmienna Stanu Procesu zmienna Zmienna Stanu..* +zmienna stanu +zmienna stanu..* zmienna zmienna Atrybut Zasobu Atrybut Procesu..* +zmienna +zmienna strukturalna..* strukturalna zmienna Zmienna Strukturalna +zmienna strukturalna 0..* zasób Zasób wejściowy..* +proces..* proces Strukturalny Obiekt Proces.. * wyjściowy Informacyjny y..* wejściowy +proces..*..* wyjściowy +proces..* proces Podproces 0..* +podproces +strukturalny obiekt informacyjny ============================================================================================================ +obiekt infrastrukturalny +obiekt infrastrukturalny +strukturalny obiekt informacyjny Zasób Infrastrukturalny Obiekt Infrastrukturalny

20 Obiekty strukturalne, zmienne stanu, agenty Dwa poprzednie schematy to przykłady diagramów obiektów i diagramów klas. Jeden łuk na diagramie klas reprezentuje wiele związków, które mogą istnieć między niektórymi obiektami jednej klasy i niektórymi obiektami drugiej klasy. Przykładowy diagram klas, którego części odpowiada diagram obiektów dla procesu podgrzewania i mieszania, pokazuje też związki kompozycji między obiektami strukturalnymi i zmiennymi stanu oraz między procesami i agentami. Przykładowymi obiektami strukturalnymi są procesy i zasoby z procesu podgrzewania i mieszania. Między zasobami infrastrukturalnymi (bytami świata rzeczywistego) i odpowiednimi zasobami strukturalnymi, które są obiektami informacyjnymi o tych samych zmiennych wejściowych i wyjściowych, istnieją związki do

21 Przykłady technologii URE w organizacjach prosumenckich Przykłady zastosowań technologii URE w organizacjach prosumenckich (na podstawie monografii [Popczyk J.: Energetyka rozproszona, Warszawa 20]):. Kogeneracja energii elektrycznej i cieplnej z paliwa gazowego g w budynkach mieszkalnych i w budynkach użyteczności publicznej, (np. w szkołach i szpitalach). 2. Generacja biogazu z odchodów zwierzęcych w energetycznych gospodarstwach rolnych. 3. Magazynowanie energii elektrycznej w samochodach elektrycznych należących do indywidualnych gospodarstw domowych. 4. Generacja i magazynowanie energii elektrycznej z baterii słonecznych w budynkach mieszkalnych, należących do indywidualnych gospodarstw domowych

22 Przykłady podprocesów generacji energii w procesach produkcyjnych lub usługowych organizacji prosumenckich W przykładach, 3, 4 naczelnymi procesami gospodarczymi, tzn. procesami obejmującymi całą organizację oraz jej dostawców i odbiorców, są procesy usługowe. Ad.. Ad. 2. Ad. 3. Kogeneracja energii jest podprocesem p procesów świadczenia usług mieszkalnych, bądź edukacyjnych lub leczniczych. Generacja biogazu z odchodów zwierzęcych oraz generacja energii elektrycznej z biogazu są podprocesami procesu hodowli bydła rzeźnego. Ładowanie akumulatorów samochodu elektrycznego w czasie jazdy jest podprocesem procesów świadczenia usług mieszkalnych i transportowych t przez gospodarstwo domowe. Ad. 4. Generacja energii elektrycznej z baterii słonecznych jest podprocesem świadczenia usług mieszkalnych przez gospodarstwo domowe

23 Wnioski ) W teorii EPC modele integracji zarządzania naczelnymi procesami usługowymi w organizacjach prosumenckich i podprocesami generacji energii w tych organizacjach oraz integracji zarządzania naczelnymi procesami wytwórczymi i podprocesami generacji energii w przedsiębiorstwach wytwórczych są ą szczególnymi przypadkami tego samego szkieletowego systemu EPC. 2) Szkieletowy system EPC integruje obiekty strukturalne przedsiębiorstwa z agentami i zmiennymi oprogramowania. 3) Standard ISA-95 dotyczy przedsiębiorstw wytwórczych i nie może być bezpośrednio zastosowany w organizacjach prosumenckich. 4) Standard ISA-95 nie przedstawia związków między aplikacjami oprogramowania i obiektami i strukturalnymi przedsiębiorstwa w sposób ścisły