Informacje w Ministerstwie: http://www.nauka.gov.pl/finansowanie/finansowanie-nauki/projekty-badawcze/

Termin składania wniosków: 31.07.2010.

Tytuł: Projektowanie i implementacja aplikacji sterujących z wykorzystaniem metod Inżynierii Wiedzy. KoDeCS: Knowledge based Design and implementation of Control Systems

Tytuł tymczasowy: Zastosowanie metod Inżynierii Wiedzy do projektowania i implementacji aplikacji sterujących i kontrolno-pomiarowych.

Inne propozycje tytułów:

• Deklaratywne projektowanie i implementacja aplikacji/systemów sterujących. Declarative design of Control Systems.
• Projektowanie aplikacji sterujących z wykorzystaniem metod Inżynierii Wiedzy.
• KoDeCS: Knowledge based Design of Control Systems cool name
• Zastosowanie regułowych systemów ekspertowych z tablicami XTT do tworzenia systemów sterowania, pomiarów i kontroli
• Regułowe systemy ekspertowe z tablicami XTT w systemach sterowania, pomiarów i kontroli

Harmonogram

Realnym problem przy tworzeniu aplikacji sterujących i kontrolno-pomiarowych jest przejście od specyfikacji systemu, wykonanej często w języku naturalnym, do działającej aplikacji. Wykorzystywane obecnie najczęściej wysokopoziomowe technologie programistyczne, dostępne jako oprogramowanie komercyjne, nastawione są na tworzenie zamkniętego układu sterowania/kontroli/pomiarów, mogącego obsługiwać prawidłowo jedynie sytuacje jednoznacznie przewidziane przez programistę. Proces translacji od specyfikacji do układu realnego jest niejednoznaczny; wykonany system wymaga walidacji. W językach programowania stosowanych w takich pakietach występuje obiektywna trudność w implementacji wielopiętrowych reguł sterowania postaci „jeżeli .. to ..”. Wykorzystywane w nich języki programowania istotnie odbiegają od języka naturalnego. Dodatkowo, na ogół przywiązują one użytkownika finalnych aplikacji do określonej platformy sprzętowej i programowej.

Celem naukowym Projektu jest opracowanie dedykowanej do systemów pomiarów, kontroli i sterowania technologii programistycznej wolnej od w/w wad. Ma ona bazować na zastosowaniu elementów Inżynierii Wiedzy związanych z projektowaniem i implementacją systemów regułowych, w oparciu o połączone tablice decyzyjne XTT (Extended Tabular Trees) [1]. Przewiduje się opracowanie zarówno metodyki projektowania aplikacji, jak i zestawu trzech narzędzi programistycznych wspierających proces ich projektowania i uruchamiania. Całość zostanie przetestowana przy tworzeniu aplikacji kontrolno-pomiarowych do maszyn i napędów elektrycznych w Laboratorium Maszyn Elektrycznych AGH.

Efektem końcowym proponowanego Projektu ma być opracowanie wysokopoziomowej, intuicyjnej, spójnej i weryfikowalnej metodyki programowania dla systemów pomiarów, sterowania i kontroli. Metodyka ta ma umożliwić programowanie w/w systemów w sposób bardziej abstrakcyjny od obecnie dostępnych języków i również bardziej intuicyjny, zbliżony do języka naturalnego, dzięki zastosowaniu reguł oraz logiki atrybutowej. Droga od specyfikacji projektu do jego implementacji ulegnie znacznemu skróceniu. Z poprawnie zaprojektowanej aplikacji sterującej będzie można w sposób automatyczny przejść do jej wykonania - zostanie zapewniona tożsamość projektu z implementacją, jako tzw. projektu wykonywalnego. Dodatkowo, będzie to rozwiązanie oparte o źródła typu open source i niezależne od konkretnej platformy sprzętowej lub programowej.

Wyniki naukowe projektu będą mieć istotne znaczenie dla rozwoju nowych metod tworzenia aplikacji kontroli, pomiarów i sterowania. Na gruncie polskim proponowane podejście do problemu wytwarzania takich aplikacji należy uznać za nowatorskie.

(jaki problem naukowy wnioskodawca podejmuje się rozwiązać, co jest jego istotą, dokładna charakterystyka efektu końcowego)

Finalnym celem Projektu jest opracowanie dedykowanej do systemów pomiarów, kontroli i sterowania technologii programistycznej (informatycznej). Dotyczyć ma ona zarówno systemów sterowania logicznego (w typie sterowania PLC), jak i systemów pomiarowych, umożliwiających zbieranie danych i ich wizualizację. Technologia ta usprawni i ułatwi proces tworzenia aplikacji dla w/w systemów. Usprawnienie to ma bazować na zastosowaniu elementów Inżynierii Wiedzy związanych z projektowaniem i implementacją systemów regułowych, ze szczególnym uwzględnieniem połączonych tablic decyzyjnych XTT (Extended Tabular Trees) [1].

Obecnie do tworzenia aplikacji kontrolno-pomiarowych stosowane są dwie grupy technologii programistycznych:

1. technologie niskopoziomowe, oparte o imperatywne lub funkcyjne języki programowania (np. C/C++, Ada, Erlang, ST, IL),
2. technologie wysokopoziomowe, wsparte środowiskami programistycznymi, na ogół wykorzystującymi graficzną reprezentację logiki działania (np. LabView, DasyLab, Matlab-Simulink).

Pośród tych ostatnich należy wyodrębnić języki ukierunkowane na tworzenie opisu i realizację automatów sterujących, powstałe z myślą o zastosowanich przemysłowych, takie jak: SFC, FBD, LD. Należy przy tym zwrócić uwagę, że SFC, FBD oraz LD są często uzupełniane kodem zapisanym w językach niższego poziomu takich jak ST, IL [2].

Podejście niskopoziomowe przejawia problemy z weryfikacją i modyfikacją aplikacji. Jest ono obarczone klasycznymi wadami znanymi z Inżynierii Oprogramowania, tj. dwiema lukami semantycznymi: pomiędzy specyfikacją a projektem oraz pomiędzy projektem a implementacją [6,7]. Wpływa to negatywnie na jakość tak powstałego oprogramowania (nieprzystawanie implementacji do projektu lub do wymagań) oraz obniża możliwości jego modyfikacji lub też adaptacji do nowych wymagań.

Podejście wysokopoziomowe na ogół ogranicza możliwość przejrzystego oprogramowania sytuacji wyjątkowych. Często też pojawiają się problemy z implementacją reakcji systemu kontrolnego w oparciu o reguły logiczne (np. identyfikacja sytuacji wyjątkowej, konieczności zmiany trybu pracy, etc.). Ogólnie można powiedzieć, że stosowane obecnie podejście wysokopoziomowe nastawione jest na tworzenie zamkniętego układu (automatu sterującego), mogącego reagować prawidłowo jedynie na sytuacje jednoznacznie przewidziane przez programistę. Dotyczy to również języków znanych ze sterowników przemysłowych PLC.

W przemysłowych systemach sterowania bardzo często pojawia się problem syntezy złożonych automatów skończonych, o relatywnie dużej liczbie wejść i wyjść. Wydaje się, że zastosowanie XTT, a co za tym idzie weryfikacji w fazie projektowania oraz dobrze zdefiniowanej hierarchii reguł, ułatwi rozwiązanie problemu sytezy takiego automatu.

Proponowane w Projekcie rozwiązanie wolne jest od wymienionych wyżej problemów i oferuje ono:

1. specyfikację zachowania aplikacji za pomocą reguł z wykorzystaniem Logiki Atrybutowej [3],
2. intuicyjne programowanie sytuacji wyjątkowych (z wykorzystaniem wnioskowania kontekstowego),
3. wysoką przejrzystość dla projektanta (programisty) logiki funkcjonowania aplikacji,
4. tożsamość projektu z implementacją - brak luk semantycznych,
5. wsparcie dla weryfikacji w fazie projektowania poprzez precyzyjne zdefiniowanie dopuszczalnych wartości atrybutów,
6. separację przetwarzania sygnałów wejścia/wyjścia (przepływów danych do/z środowiska) od logiki sterującej.

W Projekcie przewiduje się opracowanie zarówno metodyki projektowania aplikacji do pomiarów, kontroli i sterowania, jak i zestawu narzędzi wspierających proces projektowania i uruchamiania takich aplikacji.

Istotą proponowanego rozwiązania jest zastosowanie wybranych metod Inżynierii Wiedzy do projektowania i reprezentacji logiki działania aplikacji kontroli, pomiarów i sterowania. Jako punkt wyjścia wykorzystana zostanie metoda XTT opracowana w Katedrze Automatyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie [1].

Podstawą metody XTT jest logika atrybutowa [3]. Wykorzystywane jest wnioskowanie kontekstowe, które umożliwia ustrukturalizowane, przejrzyste programowanie. Logika reprezentowana przez XTT jest wizualizowana w postaci połączonych tabel decyzyjnych, co zapewnia jej wysoką czytelność, jak również dużą gęstość informacyjną.

Proponowane podejście regułowe jest wolne od luk semantycznych charakterystycznych dla programowania niskopoziomowego [4]. Jest również pozbawione wymienionych mankamentów obecnego podejścia wysokopoziomowego i jednocześnie zapewnia obiektywnie łatwiejszą dla programisty modyfikację i weryfikację logiki działania aplikacji. Jest ono najbardziej zbliżone do metodyki programowania sterowników z wykorzystaniem diagramów stanów, jednakże, poprzez użycie logiki atrybutowej zapewnia silniejsze środki wyrazu oraz daje możliwość bardziej zwięzłej i przejrzystej wizualizacji projektu.

Efektem końcowym proponowanego Projektu jest opracowanie wysokopoziomowej, intuicyjnej, spójnej i weryfikowalnej metodyki programowania dla systemów pomiarów, sterowania i kontroli. Metodyka ta ma umożliwić programowanie w/w systemów w sposób bardziej abstrakcyjny od obecnie dostępnych języków i również bardziej intuicyjny, zbliżony do języka naturalnego, dzięki zastosowaniu reguł oraz logiki atrybutowej. Ponadto, droga od specyfikacji projektu do jego implementacji ulegnie znacznemu skróceniu. Z poprawnie zaprojektowanej aplikacji sterującej można w sposób automatyczny przejść do jej wykonania - zapewnienie tożsamości projektu z implementacją tzw. Projekt Wykonywalny [5]. Ponieważ logika aplikacji zdefiniowana jest formalnie (XTT), ewentualne błędy w jej działaniu można zidentyfikować jeszcze na etapie projektowania. Skraca to znacznie czas potrzebny na wdrażanie aplikacji, poprzez redukcję fazy testowania.

Wysokopoziomowość proponowanego rozwiązania sprowadza się do zastosowania programowania deklaratywnego, opartego o reguły. Intuicyjność osiągnięta jest poprzez zastosowanie Logiki Atrybutowej [3], tworzącej hierarchiczną, kontekstową strukturę XTT [1]. Rozwiązanie to umożliwia specyfikację logiki działania aplikacji bliską językowi naturalnemu, co skutkuje obiektywnie łatwym przejściem od specyfikacji do implementacji [5]. Ponadto, jest ono podobne do modelu przetwarzania informacji i uczenia się występującego u ludzi [16], [17]. Proponowane rozwiązanie jest spójne, gdyż całościowy opis logiki aplikacji dokonany jest za pomocą w/w podejścia regułowego, bez konieczność stosowania dodatkowych języków programowania, w tym programowania imperatywnego. Z uwagi na formalny zapis XTT oraz jej spójność możliwe jest przeprowadzenie weryfikacji poprawności działania aplikacji przed jej uruchomieniem, na etapie projektowania.

Interakcja ze środowiskiem (urządzeniami wykonawczymi, czujnikami, interfejsem użytkownika) będzie również określona deklaratywnie. Umożliwi to zmianę elementów pomiarowo-kontrolnych, czy też elementów interfejsu użytkownika, bez konieczności modyfikacji logiki działania samej aplikacji.

Ponadto, w ramach Projektu zostanie wytworzone oprogramowanie wspierające proces projektowania, zgodnie z opracowaną metodyką, jak również proces uruchamiania tak zaprojektowanej aplikacji:

• edytor projektowy - umożliwiający specyfikacje oraz projektowanie reguł składających się na logikę działania aplikacji, zapisaną w postaci XTT,
• edytor środowiska - umożliwiający zdefiniowanie środowiska funkcjonowania w/w logiki działania aplikacji, tj. źródeł oraz celów przepływów danych (urządzenia wykonawcze, czujniki), jak również elementów interfejsu użytkownika, oraz ich powiązań z logiką działania aplikacji,
• środowisko uruchomieniowe - aplikacja działająca bezpośrednio na urządzeniu kontrolno-pomiarowym, przeprowadzająca proces wnioskowania tj. interpretująca reguły logiki działania aplikacji zapisanej w XTT, oraz przeprowadzająca interakcję ze środowiskiem zgodnie z zadeklarowanym przez edytor środowiska modelem.

Powyższe narzędzia składać się bedą na kompletny system informatyczny do projektowania i uruchamiania aplikacji kontrolno-pomiarowych.

Przewidywana jest pilotażowa implementacja umożliwiająca przetestowanie powstałego oprogramowania w warunkach laboratoryjnych – do tworzenia aplikacji kontrolno-pomiarowych napędów i generatorów elektrycznych w Laboratorium Maszyn Elektrycznych AGH.

(co uzasadnia podjęcie tego problemu w kraju, jakie przesłanki skłaniają wnioskodawcę do podjęcia proponowanego tematu, dlaczego projekt zdaniem autora powinien być finansowany, znaczenie wyników projektu dla rozwoju danej dziedziny i dyscypliny naukowej oraz rozwoju cywilizacyjnego, czy w przypadku pozytywnych wyników będą one mogły znaleźć praktyczne zastosowanie)

Na polu oprogramowania kontrolno-sterującego istnieje zdecydowany deficyt rozwiązań rodzimych. Normą stało się wykorzystywanie oprogramowania wytworzonego poza granicami Kraju. Produkty oferowane przez firmy zagraniczne często obarczone są problemem „vendor lock-in”, czyli uzależniają użytkownika od rozwiązań konkretnego producenta. Powoduje to również utrudnienie w przenoszeniu logiki sterującej pomiędzy różnymi oferowanymi systemami sterowania, np. przy próbie wymiany takiego systemu, lub jego podzespołów pomiarowo-wykonawczych (urządzenia wykonawcze, czujniki).

Należy zwrócić uwagę na to, że badania nad wskazanymi problemami prowadzone są również w ośrodkach naukowych poza granicami Kraju [8,9]. Potwierdza to istnienie realnego zapotrzebowania na stworzenie nowej, przejrzystszej i prostszej w użyciu, metodyki projektowania oraz programowania systemów kontrolno-pomiarowych.

Projekt stanowi kontynuację dotychczasowych prac podejmowanych w Katedrze Automatyki AGH [1,3,4,5]. Stanowi on kolejny krok w rozwoju regułowych systemów ekspertowych i ich implementacji. Systemy te stanowią konkurencję wobec obecnie stosowanych metod i języków programowania, z uwagi na swą większą intuicyjność i zbliżenie opisu problemu do języka naturalnego.

Do podjęcia proponowanego temat wnioskodawców sĸłaniają przede wszystkim:

• omówione wczesniej problemy z tworzeniem, modyfikacją i serwisem aplikacji kontrolno-pomiarowych, tworzonych z użyciem obecnie dostępnych pakietów komercyjnych,
• wypracowanie nowych koncepcji w zakresie tworzenia systemów sterowania,
• bogate doświadczenia wnioskodawców w dziedzinie inżynierii wiedzy i inżynierii oprogramowania [1,4,5,11,12] oraz sterowania, kontroli i diagnostyki maszyn elektrycznych [13,14,18].

Finansowanie Projektu jest celowe z uwagi na istniejące zapotrzebowanie na niezależne od platformy sprzętowej i programowej oprogramowanie inżynierskie, umożliwiające łatwiejsze niż dotychczas tworzenie aplikacji sterowania, kontroli i pomiarów. Drugą przesłanką finansowania jest wysoka innowacyjność Projektu na gruncie naukowym zwłaszcza w odniesieniu do w/w systemów. Oprogramowanie wytworzone w wyniku grantu będzie mogło być stosowane w przemyśle, oraz jako narzędzie w pomiarach i badaniach naukowych.

Regułowe systemy ekspertowe są coraz bardziej popularne ze względu na stosunkowo prosty i intuicyjny sposób reprezentacji wiedzy (np. Kheops, Clips, Jess, Drools, Gensym G2). Zdaniem autorów Projektu możliwe jest zastosowanie tego typu systemu do realizacji zadań sterowania i kontroli, przy zastosowaniu metody XTT. Metoda ta wymusza na programiście stworzenie prawidłowego formalnie opisu logiki działania tworzonego systemu i umożliwia jej wizualizację. Reprezentacja tablicowa skutkuje powstanie ustrukturlizowanego systemu, który jest bardziej czytelny niż systemy z „płaskim” modelem bazy wiedzy. Dobry opis formalny metody XTT (tworzony system może być sprawdzany pod kątem spójności, redukowalności, determinizmu i zupełności) umożliwia pełną analizę formalną projektowanego systemu jeszcze w fazie jego tworzenia. Dzięki temu detekcja błędów i uruchamianie systemu stają się obiektywnie prostsze. Programowanie systemów sterowania i kontroli z użyciem tablic XTT jest również pozbawione znanych wad programowania niskopoziomowego i obecnego wysokopoziomowego. Z tych powodów tworzenie aplikacji sterowania i kontroli z użyciem metody XTT będzie obiektywnie łatwiejsze niż z użyciem obecnie stosowanych do tych celów języków programowania.

Ponadto proponowane rozwiązanie techniczne uniezależnia końcowego użytkownika od konkretnej platformy sprzętowej i programowej. Stanowi ono w pełni udokumentowany, kompletny system łatwy w programowaniu, rozbudowie i przystosowaniu do potrzeb użytkownika. Proponowana koncepcja organizacji oprogramowania oraz zestaw narzędzi umożliwiających tworzenie aplikacji sterująco-pomiarowych są nowatorskie na gruncie krajowym.

Wyniki Projektu będą miały istotne znaczenie dla rozwoju nowych technologii programistycznych w dziedzinie programowania systemów sterowania, kontroli i pomiarów.

Potencjalne korzyści z proponowanego Projektu to:

• skrócenie czasu wytwarzania aplikacji (poprzez zastosowanie koncepcji Projektu Wykonywalnego),
• redukcja ilości błędów (z uwagi na przejrzystą wizualizację oraz zastosowanie weryfikacji już w fazie projektowania),
• możliwość ponowne użycie kodu (możliwość zastosowania tej samej logiki sterującej dla różnych środowisk sprzętowych),
• większa niż dotychczas intuicyjność i prostota programowania (mniejsze wymagania odnośnie znajomości języków programowania wobec projektantów/programistów),
• z naukowego punktu widzenia badania mają na celu stworzenie metody i języka programowania wyższego poziomu niż te wykorzystywane obecnie.

Praktycznym zastosowaniem proponowanego rozwiązania ma być programowanie układów sterowania przemysłowego i systemów kontrolno-pomiarowych. Zarówno rezultaty teoretyczne tj. proponowana metodyka, jak i praktyczne, czyli oprogramowanie do projektowania i uruchamiania aplikacji sterujących i kontrolno-pomiarowych mogą znaleźć zastosowanie w warunkach przemysłowych. Potwierdzeniem tego ma być pilotażowe wykorzystanie do sterowania silników i generatorów elektrycznych.

(jaki oryginalny wkład wniesie rozwiązanie postawionego problemu do dorobku danej dyscypliny naukowej w kraju i na świecie, czy w kraju i na świecie jest to problem nowy czy kontynuowany i w jakim zakresie weryfikuje utarte poglądy i dotychczasowy stan wiedzy)

Nowość proponowanej metodyki programowania polega na wykorzystaniu ustrukturalizowanych baz reguł oraz dobrze zdefiniowanych danych wejściowych i wyjściowych. Ideą naczelną jest przeniesienie zasad działania systemów ekspertowych na organizację systemów sterowania i kontroli. Uruchomienie systemu kontroli i sterowania sprowadza się tu do interpretacji bazy wiedzy. Proces interpretacji oparty jest o wnioskowanie „w przód” z przełączaniem kontekstu.

Z punktu widzenia programisty/projektanta, nowością jest przeniesienie ciężaru wytwarzania aplikacji kontrolno-pomiarowej z zagadnień implementacyjnych na stronę merytoryczną. Jest to możliwe ponieważ:

• zachodzi automatyzacja procesów implementacyjnych dalej idąca niż w dostępnych systemach (pakietach oprogramowania) komercyjnych,
• zastosowana metodyka umożliwia programowanie systemów sterowania i kontrolno-pomiarowych w sposób bardziej abstrakcyjny od obecnie dostępnych języków i również bardziej intuicyjny, zbliżony do języka naturalnego (często używanego w specyfikacji wymagań),
• powstała aplikacja nie jest związana z żadną konkretną platformą sprzętową lub programową.

Problem opracowania odpowiedniej metodyki programowania systemów sterujących i kontrolno-pomiarowych nie jest problemem nowym. Należy zauważyć, że języki programowania sterowników przemysłowych SFC, FBD, LD, ST, IL zostały zestandaryzowane w skali międzynarodowej (IEC 61131-3, lata 1993/2003). Aktualnie stosuje się do tego celu wiele opisanych wcześniej technik. Jednakże każda z nich obarczona jest wspomnianymi wadami. Istniejące rozwiązania kompleksowe takie jak LabView, DasyLab, czy też Matlab-Simulink, pomimo swojej uniwersalności przejawiają również przedstawione ograniczenia (np. obiektywna trudność w implementacji wielopiętrowych reguł sterowania postaci „jeżeli .. to ..”).

Najbardziej zbliżonymi do proponowanego rozwiązania, krajowymi systemami są pakiety DiaSter [20] oraz AMandD (Politechnika Warszawska). Ich głównym przeznaczeniem jest zaawansowana diagnostyka systemów przemysłowych.

Systemy regułowe były dotychczas stosowane w dziedzinie sterowania, szczególnie tam, gdzie była wymagana wysoka niezawodność. Przede wszystkim należy tu wymienić oprogramowanie takie jak Kheops i Clips. Przy czym w/w zastosowania dotyczyły głównie procesu uruchamiania systemów regułowych, a nie ich projektowania. Ponadto wspomniane systemy nie używały mechanizmów wnioskowania kontekstowego, a ich bazy wiedzy były reprezentowane przez płaską strukturę reguł.

Badania związane z efektywnym modelowaniam systemów sterowania i kontroli prowadzone są między innymi przez NASA Goddard Space Flight Center [8] oraz NASA Ames Research Center [9]. Skupiają się one zarówno na projektowaniu, jak również implementacji oraz uruchamianiu systemów sterowania.

Proponowane przez wnioskodawców rozwiązanie jest kompleksowe, tzn. obejmuje zarówno fazę projektowania, jak i uruchamiania kompletnego systemu sterowania. Ponadto w porównaniu z istniejącymi systemami regułowymi weryfikuje zastosowanie ustruktualizowanej bazy wiedzy, wraz z wnioskowaniem kontekstowym, rozwiązując opisane wcześniej problemy.

Należy również zauważyć, że proponowane podjeście jest inspirowane modelem MVC znanym z Inżynierii Oprogramowania. Występuje tutaj ścisła separacja funkcjonalna aplikacji na: model, widok, oraz kontroler. Modelem są reguły logiki atrybutowej, widokiem: elementy środowiska, tj. żródła/cele przepływów danych, oraz interfejs użytkownika, podczas gdy rolę kontrolera pełni deklaratywne powiązanie elementów środowiska z atrybutami. Zaproponowany podział funkcjonalny wydaje się być pionierski zarówno w dziedzinie systemów regułowych jak i sterowania.

(co stanowi podstawę naukowego warsztatu wnioskodawcy i jak zamierza rozwiązać postawiony problem, na czym będzie polegać analiza i opracowanie wyników badań, jakie urządzenia [aparatura] zostaną wykorzystane w badaniach, czy wnioskodawca ma do nich bezpośredni dostęp i umiejętność obsługi)

Podstawę naukowego warsztatu wnioskodawcy stanowią wieloletnie doświadczenia z Inżynierią Oprogramowania, Inżynierią Wiedzy, systemami ekspertowymi, oraz sztuczną inteligencją. Należy tu wspomnieć o technologii Tab-trees [12], prekursorze XTT, jak również o pozytywnie zakończonym projekcie HeKatE [11]. Aktualnie prowadzone badania dotyczą nowych zastosowań metod Inżynierii Wiedzy, ze szczególnym uwzględnieniem kontekstowego procesu wnioskowania oraz synchronicznej komunikacji maszyny wnioskującej ze środowiskiem. Autorzy Projektu posiadają również doświadczenia związane z tworzeniem układów regulacji automatycznej z wykorzystaniem reguł [21]. W projekcie Hekate podjęto również próby sterowania robotów mobilnych. Wnioski wynikające z tych doświadczeń pozwalają sądzić, że proponowana w projekcie metodyka wsparta technologią programistyczną pozwoli usprawnić proces projektowania i uruchamiania aplikacji kontrolno-pomiarowych.

Postawiony problem zostanie rozwiązany poprzez:

• zaproponowanie metodyki programowania aplikacji kontrolno-pomiarowych,
• wyworzenie oprogramowania do projektowania w/w aplikacji zgodnie z zaproponowaną metodyką,
• wyworzenie oprogramowania do uruchamiania w/w aplikacji, oraz
• zaprojektowanie i uruchomienie przykładowych aplikacji.

Próbnym zastosowaniem opracowanej metodyki tworzenia aplikacji kontrolno-pomiarowych będzie tworzenie aplikacji do badań i pomiarów maszyn i napędów elektrycznych. Będą to pomiary dot. tzw. próby typu maszyn jak i pomiary ruchowe maszyn i napędów elektrycznych (pomiary prądów, napięć, mocy, energii, momentów sił, prędkości obrotowych). Wyniki działania tworzonych aplikacji będą porównywane z wynikami działania aplikacji komercyjnej tego rodzaju (DasyLab, ew. Matlab-Simulink), zarówno pod kątem zgodności wyników pomiarowych jak i pod kątem łatwości konfiguracji i użycia. Pomiary będą wykonywane w Laboratorium Maszyn Elektrycznych AGH. Katedra Maszyn Elektrycznych AGH posiada tutaj bogate doświadczenia, dotyczące zarówno sterowania maszyn elektrycznych jak i ich pomiarów i diagnostyki [13,14,15,19].

Analizę i opracowanie wyników można podzielić na cztery fazy funkcjonalne:

• zaprojektowanie aplikacji kontrolno-pomiarowych dla wybranych maszyn i napędów elektrycznych, z wykorzystaniem przyjętej metodyki tablic XTT,
• zastosowanie opracowanych narzędzi programistycznych do wsparcia procesu projektowania w/w aplikacji,
• uruchomienie zaprojektowanych aplikacji na rzeczywistych obiektach,
• porównanie z przykładowymi dostępnymi metodykami oraz technologiami tworzenia systemów kontrolno-pomiarowych.

Opracowanie logiki sterującej sprowadzać się będzie do zdefiniowania reguł sterująco-pomiarowych dla wybranych przykładów, zgodnie z zaproponowaną metodyką (XTT). Zostanie również przeprowadzona ocena przydatności tej metodyki do tworzenia aplikacji kontrolno-pomiarowych.

Wybrane przykłady zostaną zamodelowane przy użyciu opracowanych narzędzi. Narzędzia te zostaną poddane ocenie pod względem przystawalności do przyjętej metodyką oraz pod względem ergonomii.

Zaprojektowane przykłady zostaną pilotażowo wdrożone do sterowania i pomiarów maszyn i napędów elektrycznych. Umożliwi to ocenę przydatności proponowanych rozwiązań w praktyce przemysłowej.

Ponadto proponowane podejście będzie skonfrontowane i porównanie z przykładowymi dostępnymi metodykami oraz technologiami tworzenia systemów kontrolno-pomiarowych (DasyLab, Matlab-Simulink). Porównanie będzie dotyczyło zarówno procesu tworzenia aplikacji jak i efektów jej działania.

Do opracowania zaproponowanej metodyki oraz implementacji proponowanego oprogramowania niezbędne będą stacje robocze oraz serwery. W procesie wytwarzania oprogramowania oraz zarządzania projektem wykorzystywane będzie głównie wolne oraz otwarte oprogramowanie (Free Software, Open Source). Bedą wykorzystywane m.in. implementacje systemu GNU/Linux, jak również kompilatory języków C/C++, SWI Prolog, Open Source Erlang oraz Java.

System pomiarowo-uruchomieniowy złożony będzie z mikrokomputera przemysłowego oraz karty akwizycji danych. Zastosowane zostaną czujniki i przetworniki pomiarowe do maszyn elektrycznych takie jak: enkodery obrotowe przyrostowe, czujniki momentu obrotowego, halotronowe przekładniki prądowe i napięciowe. System ten będzie przeznaczony do pomiarów i sterowania maszyn i napędów elektrycznych, z użyciem oprogramowania zarówno komercyjnego jak i wytworzonego w ramach Projektu.

Ponieważ wyniki działania tworzonych aplikacji mają być porównywane z wynikami działania aplikacji komercyjnych tego rodzaju (DasyLab, ew. Matlab-Simulink), proponowany jest zakup pakietu pomiarowego DasyLab 10 Basic.

(zakładany sposób przekazu I upowszechnienia wyników - publikacje naukowe oraz referaty na konferencjach w kraju i za granicą, monografie naukowe, rozprawy doktorskie i habilitacyjne, nowe metody i urządzenia badawcze).

Publikacje naukowe na konferencjach branżowych, zarówno z dziedziny systemów ekspertowych (IWSE, FLAIRS), sterowania oraz maszyn elektrycznych (KOMEL), jak również w specjalistycznych periodykach krajowych (Pomiary Automatyka Kontrola).

Przewidywane jest zebranie materiałów do trzech rozpraw habilitacyjnych oraz doktoratu .

Postępy prac, jak i wyniki opublikowane będą na stronach internetowych projektu.

Jednym z głównych rezultatów proponowanego projektu jest specyfikacja metodyki programowania systemów sterujących i kontrolno-pomiarowych w oparciu o metodę tablic XTT.

Przewidywane są dwa pakiety oprogramowania narzędziowego wspierającego proces projektowania i implementacji aplikacji sterowania i kontroli tj.: edytor projektowy, edytor środowiska. Przewidywany jest również pakiet oprogramowania implementującego środowisko uruchomieniowe.

Dokumentacja wdrożenia w Laboratorium Maszyn Elektrycznych AGH, traktowanym jako kontrolne środowisko przemysłowe.

(maks. 25 pozycji)

• Inżynieria Oprogramowania (z Hekate)
• Wnioskowanie w sterowaniu (z uwzględnieniem XTT), z Hekate + ksiażka A.Ligęza + CxBR Gonzalez? + Kheops
• Sterowanie i diagnostyka maszyn elektrycznych.

[1] Nalepa, G. J., Wojnicki, I. Visual Generalized Rule Programming Model for Prolog with Hybrid Operators. Paper presented at the INAP2007/WLP 2007. Berlin-Heidelberg 2009.

[2] Mikulczyński, T., Automatyzacja procesów produkcyjnych. Metody modelowania procesów dyskretnych i programowania sterowników PLC. WNT 2006.

[3] Ligęza, A., Logical Foundations for Rule-Based Systems. Springer-Verlag 2006.

[4] Nalepa, G. J., Wojnicki, I. Filling the semantic gaps in systems engineering. IWK International Scientific Colloquium Proceedings. Ilmenau, Germany. 2007.

[5] Nalepa, G. J., Wojnicki, I. Knowledge-based approach to the executable design concept. 3rd Workshop on Knowledge Engineering and Software Engineering (KESE 2007), 30th annual German conference on Artificial intelligence. Osnabruck, Germany. 2007.

[6] Mellor, S. J., Balcer M. J., Executable UML: A Foundation for Model Driven Architecture. Addison-Wesley Professional. 2002

[7] Rash J. L., Hinchey, M. G., Rouff, C. A., Gracanin D., Erickson J., A Tool for Requirements-Based Programming. Integrated Design and Process Technology, IDPT 2005. Society for Design and Process Science 2005.

[8] Rash J. L., Hinchey M. J., Rouff C. A., Gracanin D., Erickson J., A Requirements-Based Programming Approach to Developing a NASA Autonomous Ground Control System, Artificial Intelligence Review, Springer, 2005/11.

[9] Morris R., AI for Autonomy in Space Exploration: Current Capabilities and Future Challenges - Invited speech, FLAIRS 2006 : proceedings of the nineteenth international Florida Artificial Intelligence Research Society conference, / eds. Geoffrey C. J. Sutcliffe, Randy G. Goebel ; FLAIRS, Menlo Park : AAAI Press, 2006. S. 13-14.

[10] Sommerville, I., Software Engineering. Addison Wesley. 2006

[11] Nalepa G. J., Wojnicki I., A Proposal of Hybrid Knowledge Engineering and Refinement Approach. Proceedings of the 20th International Florida Artificial Intelligence Research Society Conference: Key West, Florida. 2007

[12] Ligęza A., Wojnicki I., Nalepa G. J., Tab-Trees: a CASE tool for design of extended tabular systems. LNCS Database and Expert Systems Applications. Springer-Verlag. Berlin, 2001.

[13] Rad M., Diagnostyka wirnika maszyn indukcyjnych z wykorzystaniem analizy falkowej i układów uczących się. Rozprawa doktorska, Kraków 2009

[14] Lerch T., Rad M., Rams W., Kontrola stanu izolacji blach maszyn elektrycznych w warunkach przemysłowych — Industrial control of electrical machines core sheets insulation. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe ; ISSN 0239-3646. — 2009 nr 82 s. 135–140. — Bibliogr. s. 140, Abstr.

[15] Kiełbasa P., Budyn P., Rad M., Wykorzystanie elektronicznego układu pomiarowego do oceny wybranych cech fizycznych płodów rolnych — The use of an electronic measurement system for the assessment of selected physical properties of crops Inżynieria Rolnicza ; ISSN 1429-7264. — 2008 [nr] 7 s. 93–100. — Bibliogr. s. 100, Streszcz., Abstr.

[16] Nęcka E., Orzechowski J., Szymura B., Psychologia Poznawcza. PWN 2006

[17] Gonzalez A. J., Stensrud B. S., Barrett G., Formalizing Context-Based Reasoning: A modeling Paradigm for Representing Tactical Human Behavior. International Journal of Intelligent Systems. Wiley Periodicals 2008.

[18] Rusek Jan: Harmonics and Inter-Harmonics of Voltage Converter Supplied Induction Machine Stator Currents. ICREPQ’07, International Conference on Renewable Energy and Power Quality, Sevilla, Spain, 2007, Book of Summaries, pp.25-26.

[19] Antonino-Daviu Jose A., Rusek Jan, Riera-Guasp, M.,Roger Folch Jose: Case Histories in large motors: Diagnosis of electromechanical faults through extraction of characteristic components during the startup. SDEMPED 2007: 6th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives. Cracow, Poland, September 6-8. Proc. pp.161-166.

[20] Korbicz J., Kościelny M., Modelowanie, diagnostyka i sterowanie nadrzędne procesami Implementacja w systemie DiaSter, WNT 2010

[21] Nalepa G. J., Wojnicki I., Hierarchical Rule Design with HaDEs the HeKatE Toolchain. Proceedings of the International Multiconference on Computer Science and Information Technology. Polish Information Processing Society, Wisła 2008.

[22] Rzońca D., Sadolewski J., Stec A., Świder Z., Trybus B., Trybus L., Środowisko programistyczne dla rozproszonych minisystemów kontrolno-pomiarowych. Metody Informatyki Stosowanej, nr 1/2008, Kwartalnik Komisji Informatyki Polskiej Akademii Nauk Oddział w Gdańsku.

: literatura o sterowaniu, silnikach, generatorach

Obecne na rynku rozwiązania są prawie wyłącznie zamkniętymi opracowaniami komercyjnymi, powstałymi poza granicami kraju. Open source.

Naturalne zorientowanie na modularyzację i ponowne użycie kodu. Dowolnie duże wykonane projekty lub ich fragmenty mogą stawać się elementami tablic decyzyjnych

programowanie inżynierskie?

Rozszerzenie/kontynuacja badań HeKatE: interaktywność procesu wnioskowania, interakcja ze środowiskiem (deklaratywny interfejs).

• Wniosek o grant Hekate (opis, wykonawcy, finanse): hekate-formularz-final.pdf
• Kryteria oceny wniosków:
• Języki dla PLC: http://www.pur.l.pl/pur2/plc.htm

System pomiarowo-uruchomieniowy złożony z:

1. mikrokomputera PC,
2. karty akwizycji danych Advantech PCI-1710,
3. terminala wejściowego do karty PCI-1710, typu PCLD-8710,
4. pakietu pomiarowego DasyLab 10 Basic.

Czujniki i przetworniki pomiarowe do maszyn elektrycznych:

1. 2 enkodery obrotowe przyrostowe (12-bitowe),
2. 2 czujniki momentu obrotowego (75Nm/1kHz),
3. zestaw halotronowych przekładników prądowych (50A) i napięciowych (400V).