3.1. Przepływ informacji
W poprzednim rozdziale dokonano analizy procesu wytwarzania odlewów staliwnych. Dane i informacje zbierane na bieżąco podczas produkcji są niezbędnym elementem każdego systemu zarówno sterowania procesem, jak i systemów wspomagania decyzji technologicznych. Dlatego tak ważny jest stały dostęp wszelkich algorytmów obliczeniowych, narzędzi eksploracji danych oraz systemów integrujących wiedzę, o których będzie dalej mowa, do zasobów danych produkcyjnych z procesu.
źródło: opracowanie własne
Omawiając proces wytwarzania odlewów staliwnych zwracano uwagę w szczególności na parametry mające najistotniejszy wpływ na jakość wyrobów. Wszelkie wymienione parametry, a także informacje o wytopie nie uwzględnione w opisie, ale decydujące o możliwości dokonywania analiz jakości powinny być zbierane, kodyfikowane i umieszczane w bazie danych. Sposób ich akwizycji, lokalizacja i przepływ do bazy danych powinien być jasno i szczegółowo zaplanowany, aby zapewnić skuteczną podstawę dla mechanizmów zarządzania wiedzą o których mowa w dalszych rozdziałach (rys. 8).
3.2. Diagnostyka
Analizując proces wytwarzania odlewów staliwnych i jego poszczególne fazy łatwo zauważyć, że wielokrotnie w trakcie jego trwania rozstrzygnąć należy kwestię modyfikacji jego parametrów. Zadaniem inżyniera-technologa jest oceniać wskaźniki procesu i podejmować w oparciu o swoje doświadczenie i wiedzę decyzje o zmianie parametrów produkcji w celu zapewnienia odpowiedniej jakości odlewów. Wyznacznikiem jakości jest zapotrzebowanie klienta wyrażone w specyfikacji zamówienia w postaci konkretnych charakterystyk: właściwości plastycznych, wytrzymałościowych, wymiarów, jakości powierzchni etc. Zapewnienie odpowiedniego poziomu zaspokojenia potrzeb klienta niejednokrotnie determinowane jest kosztem produkcji, który z kolei często związany jest z czasem podjęcia właściwej decyzji. Obniżenie energochłonności i materiałochłonności procesu zależy od skrócenia czasu trwania jednego wytopu. Aby to osiągnąć, należy tak przeprowadzić wszystkie operacje, aby na wyjściu otrzymać staliwo o oczekiwanych parametrach, bez konieczności ponownego wytopu a także ograniczając konieczne modyfikacje składu kąpieli metalowej do minimum.
Wyeliminowanie wielu rodzajów wad byłoby możliwe dzięki bieżącej informacji dostarczanej technologowi odpowiedzialnemu za przebieg procesu wytapiania staliwa. Konstruując taki system przepływu informacji należy określić przede wszystkim gdzie znajdują się potencjalne miejsca powstawania wad i jakie parametry są za nie odpowiedzialne (Rozdział 2: Rozpoznanie i opis procesu produkcji odlewów staliwnych). Przykładowe grupy czynników wpływające na powstawanie wad omówione w poprzednim rozdziale to:
− konstrukcja modelu, formy i układu wlewowego; − parametry wsadu i ciekłego metalu;
− parametry procesu topienia i zalewania;
− wybijanie, studzenie, przechowywanie i transport.
Potrzebny jest system zapewniający dostawę bieżącej informacji, oraz narzędzia diagnostyczne wspomagające rozpoznanie zaistniałych problemów w taki sposób, aby dostarczyć specjaliście (lub automatowi) jednoznacznej informacji o naturze zaistniałej nieprawidłowości. Zadaniem zarządzania wiedzą jest zatem na tym etapie dostarczenie wszelkich możliwych informacji o wzorcach procesowych, o wymaganym poziomie parametrów oraz skatalogowanych opisów wad w celu umożliwienia identyfikacji. Obecne systemy informacyjne radzą sobie już z takimi zadaniami gdzie wiedza ma postać sformalizowaną, a stosowane tutaj narzędzia to najczęściej regułowe systemy ekspertowe czy systemy oparte na logice rozmytej lub przybliżonej.
Zanim jednak możliwe będzie zastosowanie któregoś z wymienionych formalizmów, konieczne jest dostarczenie niezbędnych w tym celu informacji i danych procesowych. Dane takie mogą być zbierane z użyciem prostego interfejsu WWW ze zintegrowaną bazą danych.
3.2.1.Założenia systemu w zakresie diagnostyki
Celem systemu, jest zapewnienie wsparcia dla technologa sprawującego pieczę nad procesem. System powinien dostarczyć potrzebnych informacji o przebiegu wytopu, a także umożliwić wykonanie ekspertyzy – oceny poprawności tego procesu oraz sposobów postępowania w razie jakichkolwiek odchyleń od stanu poprawnego. Ocena taka oparta musi zostać na wiedzy i doświadczeniu ekspertów – dlatego rolą systemu jest umożliwiać implementację tej wiedzy do bazy wiedzy wykorzystywanej przez dalsze moduły informacyjne omawiane w następnych rozdziałach.
Część tego zadania polegającego na kodyfikacji wiedzy można przeprowadzić jeszcze przed etapem wdrożenia systemu, korzystając w tym celu z wiedzy zawartej w literaturze tematu oraz normach (PN, ISO, etc.), a także wiedzy ekspertów zewnętrznych i sieci rozległych (Internet). Niezastąpiona jednak będzie współpraca technologów w zakresie uzupełniania repozytoriów wiedzy w trakcie implementacji systemu w zakładzie odlewniczym.
Można zatem określić wejścia systemu – będą nim wiedza ekspertów, literatura i normy oraz bieżące dane pochodzące z pomiaru parametrów procesu (rys.9)
źródło: opracowanie własne publikowane w [75]
Rysunek 9. Koncepcja systemu wspomagania sterowania produkcją odlewów staliwnych.
System powinien dawać na wyjściu diagnozę procesu potrzebną inżynierowi do podjęcia odpowiednich kroków zaradczych w razie pojawienia się jakichkolwiek nieprawidłowości, jest to jego zadanie podstawowe. Niemniej jednak mając do czynienia z dużymi ilościami danych historycznych oraz historią podjętych wobec nich decyzji, celowym wydaje się zapewnienie możliwości eksploracji tych danych w celu pozyskiwania nowej wiedzy i „uczenia się” systemu, np. przy użyciu drzew decyzyjnych. Jest to kolejny rodzaj wiedzy jaki składa się na zasoby systemu – wiedza pozyskiwana w trakcie działania. Obecnie technologie informatyczne wywodzące się z zakresu sztucznej inteligencji dostarczają narzędzi dających taką możliwość, można je ogólnie nazwać systemami inteligentnymi. Tak więc wiedza pozyskana stanowi kolejny element wyjściowy, stający się w następnych cyklach częścią systemu wspierającą opracowanie diagnozy. Mówiąc o danych pochodzących z procesu, warto skupić się jeszcze raz na poszczególnych jego okresach, aby w zarysie przedstawić proces przepływu informacji z nim związany (rys. 10).
źródło: opracowanie własne publikowane w [75]
Rysunek 10. Schemat przepływu informacji dostosowany do potrzeb procesu odlewania staliwa.
3.2.2.Elektroniczna karta wytopu
Jako przykład interfejsu do zbierania danych o procesie rozważmy elektroniczną kartę wytopu. Podobnych podsystemów może być w systemie przepływu informacji więcej np.: elektroniczna karta przygotowania formy, karta składowania i studzenia itp.
Jako początek cyklu można przyjąć moment doboru i załadowania wsadu do pieca. Na tym etapie konieczna jest wiedza na temat wymaganego składu chemicznego wsadu (np. udział złomu, żelazostopów, surówki), ułożenia wsadu pod elektrodami etc. Obecnie w zakładach odlewniczych wymaga się od inżyniera uzupełniania karty wytopu, w której umieszcza się wszelkie informacje na jego temat. Dla zapewnienia wysokiej użyteczności, aby nie dodawać pracy pracownikom na stanowiskach produkcyjnych, system powinien opierać się głównie na danych zdobytych właśnie w ten sposób. W takiej karcie konieczne jest także uzupełnienie składu chemicznego przewidzianego dla danego gatunku stali w normach. Te wszystkie informacje inżynier mógłby uzyskać z systemu, który na tym etapie umożliwiałby mu uzupełnianie elektronicznej karty wytopu (rys. 11, 12). Ponadto już w tym momencie system powinien przeprowadzić analizę danych weryfikując czy nie popełniono błędów na etapie doboru wsadu, wyboru konstrukcji modelu i rdzennicy odlewu, czy stan wyłożenia kadzi wynikający z użytkowania (liczby cykli wytopu) jest zadowalający itd.
Po okresie topienia dokonywana jest próba składu chemicznego i temperatury, dane wędrują do karty wytopu. Podobnie dzieje się po pozostałych okresach wytopu: utleniania (świeżenia), ściągania żużla, rafinacji (wykańczania stali) i przed spustem. Każdorazowo dokonywana jest ocena poprawności pobranych parametrów i w razie konieczności nieprawidłowości są sygnalizowane specjaliście wraz z proponowanymi środkami zapobiegania. Ostatecznie system dostarcza informacji, czy kąpiel w kadzi jest należycie przygotowana do spustu i zalewania, jeśli nie, jakie modyfikacje należy przeprowadzić. Jak zostało powiedziane już wcześniej, suma informacji o wykonanych wytopach służyć ma pozyskiwaniu wiedzy przydatnej przy kolejnych wytopach.
Wizualizacja elektronicznej karty wytopu może przyjąć formę zwykłego raportu z bazy danych sporządzonego w sposób najbliższy dokumentom papierowym stosowanym ciągle jeszcze w odlewniach (rys. 11).
źródło: opracowanie własne
Rysunek 11. Szablon raportu z elektronicznej karty wytopu
Do sporządzenia takiego raportu potrzebna jest informacja o procesie oraz system zarządzania bazą danych wraz z narzędziami raportowania i wizualizacji. Jak zostało powiedziane, dane powinny być uzupełniane na każdym stanowisku roboczym, po zakończeniu poszczególnych etapów procesu wytwarzania. Pracownik ma do dyspozycji interfejs z intuicyjnym i łatwym w obsłudze formularzem (rys. 12).
źródło: opracowanie własne
Rysunek 12. Przykładowy formularz elektronicznej karty wytopu
Następnie dane wędrują do relacyjnej bazy danych (rys. 13), gdzie zostają przechowywane, dzięki czemu w dowolnym momencie można wrócić do parametrów danego wytopu, lub dokonać zbiorczej analizy dla produkcji z danego okresu.
źródło: opracowanie własne
Rysunek 13. Fragmenty schematu i systemu zarządzania relacyjną bazą danych dla elektronicznej karty wytopu
3.3. Wspomaganie decyzji
Kiedy już użytkownik staje w obliczu zdiagnozowanej nieprawidłowości, konieczne jest zapewnienie sprzężenia zwrotnego pomiędzy parametrami procesu wejściowymi a wyjściowymi oraz dokładna znajomość współzależności między parametrami, efektem ich zmian oraz właściwościami wyrobu finalnego. Wychwytywanie takich zależności możliwe jest dzięki wiedzy ekspertów, ale również automatycznym algorytmom pozyskiwania wiedzy (np. dzięki drzewom decyzyjnym). Tylko na tej podstawie jest w stanie podjąć decyzję, czy w ogóle podejmować działania naprawcze, czy też pomimo nie-idealnego poziomu parametrów, wyrób osiągnie wymagane wskaźniki jakości.
Najczęściej jednak zachodzi sytuacja, w której zdiagnozowanie wady pociąga za sobą konieczność jej wyeliminowania lub naprawienia wyrobu, o ile jest to możliwe. Wtedy z kolei użytkownik systemu zarządzania wiedzą oczekuje dostawy wiedzy, która pozwoli mu na wybór właściwej metody postępowania i pomoże mu podjąć kolejne kroki naprawcze.
To właśnie zadanie stawiane przed zarządzaniem wiedzą wymaga dostępu do najbardziej różnorodnych zasobów i to tutaj właśnie w sukurs obecnym narzędziom informatycznym przychodzą ontologie oraz inne metody integracji wiedzy. Potrzebny jest system zapewniający dostawę bieżącej informacji, zintegrowany z bazami wiedzy opartymi na wiedzy literaturowej i eksperckiej. System ten w najprostszym ujęciu, jako narzędzie edycji
bazy wiedzy, może przyjmować również postać interfejsu on-line udostępnionego ekspertowi bądź inżynierowi wiedzy, jako wejście do baz wiedzy systemów informacyjnych (rys. 14).
źródło: opracowanie własne
Rysunek 14. Przykład formularza do edycji zasobów wiedzy
Takie proste narzędzie pozwala na zbieranie wiedzy w prosty sposób, opisując pojedyncze przypadki wystąpień wady, czy tworząc dokumenty na podstawie literatury bądź badań materiałowych. Dla każdego parametru mogącego powodować występowanie nieprawidłowości można tworzyć krótkie opisy (deskrypcje) (rys. 15) na podstawie których inżynier wiedzy jest w stanie stworzyć reguły dla systemów ekspertowych czy systemów informacyjnych opartych np. na logice rozmytej.
źródło: opracowanie własne
Rysunek 15. Przykładowa deskrypcja dla parametru Temperatura zalewania