AMS
”Autonomic Maintenance System”
Progettazione e Sviluppo di un PROTOTIPO di Piattaforma
Informatica per la Gestione Autonomica, Integrata e
Collaborativa della Manutenzione
Progetto di Ricerca Industriale
POR Campania 2000/2006 Misura 3.17 – Settore ICT
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Indice
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Scenario di Riferimento
Obiettivi del Progetto AMS
Innovazione e Valore Aggiunto
Analisi Preliminare FMEA
Architettura Funzionale Sistema AMS
Funzionalità Sistema Prototipale AMS
Componenti Tecnologiche Sistema AMS
Applicazione sul Campo: Casi di Studio
Conclusioni
Link di riferimento
Glossario dei termini
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1. Scenario di Riferimento
Il Progetto AMS (Autonomic Maintenance System) è un Progetto di Ricerca
Industriale POR Campania 2000/2006 – Misura 3.17 – Settore ICT finalizzato allo
Sviluppo di un Prototipo di Piattaforma Informatica per la Gestione Autonomica,
Integrata e Collaborativa della Manutenzione.
Si tratta di una Piattaforma tecnologia Innovativa rispetto allo “stato dell’arte”
dei sistemi CMMS (Computerized Maintenance Management System) presenti
sul mercato.
Infatti, i classici sistemi di manutenzione CMMS non hanno particolari
caratteristiche di autonomia, di auto-adattamento e di integrazione diretta con
le apparecchiature e le strumentazioni di campo.
Invece, il Sistema Prototipale AMS proposto, oltre a soddisfare le caratteristiche
tipiche di un CMMS, presenta delle peculiarità innovative (Agenti Intelligenti)
che lo rendono adattabile a qualsiasi applicazione della manutenzione.
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2. Obiettivi del Progetto AMS
Il Progetto di Ricerca AMS è finalizzato al superamento dei seguenti
limiti funzionali dei comuni CMMS, ovvero:
1. Caratterizzazione
“personalizzata” delle anagrafiche, a seconda del campo di
applicazione di riferimento (industriale, ambientale, ecc.);
2. Bassa flessibilità della schedulazione
3. Scarsa
delle attività di manutenzione;
integrazione con il “campo”, ovvero la mancanza di un collegamento
diretto con gli “oggetti di manutenzione”.
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3. Innovazione e Valore Aggiunto in AMS
Il grado di innovazione del Progetto di Ricerca AMS riguarda:
-
Modellizzazione Visuale delle Procedure di Manutenzione: utilizzo di un
supporto grafico per formalizzare i processi di manutenzione;
-
Comportamento Autonomico: utilizzo del modello ad Agenti BDI per
l’autonomia decisionale e per l’autoapprendimento al mutare delle condizioni
dell’ambiente;
-
Integrazione diretta con i dispositivi eterogenei da campo: utilizzo della
tecnologia FDT per la raccolta dei dati da campo con interfacce standard.
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4. Analisi Preliminare FMEA
L’Analisi FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) è un metodo che consente
di stabilire l’importanza degli eventi di guasto nelle diverse parti di un
impianto e di esaminare tutti i modi in cui una anomalia può presentarsi.
L’analisi FMEA ha consentito la realizzazione di tabelle specifiche (v. Fig. 1) per
ciascun componente di manutenzione in cui vengono analizzate le modalità di
guasto, il rischio del guasto e le opportune azioni correttive.
Fig. 1 – Tabella FMEA
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5. Architettura Funzionale Sistema AMS
L’architettura del Sistema AMS è la seguente:
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6. Funzionalità Sistema Prototipale AMS
Le funzionalità del Sistema Prototipale AMS sono:
Modellazione
Visuale delle Procedure di Manutenzione: vengono riportate a
livello grafico le possibili anomalie e le relazioni tra i livelli per ogni oggetto di
manutenzione secondo l’analisi FMEA;
Calcolo Dinamico della Criticità/Priorità Intervento: viene stabilita
l’importanza degli eventi di guasto utilizzando lo Stato Funzionale, lo Stato
Manutentivo e lo Stato Prestazionale degli oggetti di manutenzione;
Manutenzione Programmata: vengono effettuate le attività di Pianificazione,
di Programmazione e di Scheduling degli interventi secondo un piano di
manutenzione;
Manutenzione Predittiva: viene effettuata l’acquisizione dei dati sia da
Ispezioni Visive (tecnologia E-Collaboration) che dai dispositivi da campo
(tecnologia FDT);
Gestione Magazzino/Approvvigionamento: dei pezzi di ricambio, del
materiale sotto scorta, ecc.;
Reporting/Statistiche/Cruscotto Gestionale: per la visualizzazione “in tempo
reale” dei dati di manutenzione.
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7. Componenti Tecnologiche Sistema AMS
Il Sistema AMS si compone delle seguenti componenti tecnologiche informatiche:
PROCESS SERVER (PS);
b) MODELER;
c) PROCESS MANAGEMENT AGENT (PMA);
d) MIDDLEWARE MAINTENANCE DATA MANAGER;
e) PROCESS ENGINE (PE).
a)
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a) PROCESS SERVER (PS)
Il PROCESS SERVER è il sottosistema software di gestione multidimensionale dei
dati acquisibili, con particolare riferimento ai dati “real-time” provenienti da sistemi
di acquisizione online.
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b) MODELER
Il MODELER è il sottosistema software che consente la modellazione dei processi di
manutenzione provenienti dall’analisi FMEA.
Nel Sistema AMS è stato utilizzato il tool TIBCO BUSINESS STUDIO® che consente la
realizzazione di workflow in Business Process Modeling Notation (BPMN) e che
genera un file in XML Process Definition (XPDL) per la descrizione del flusso stesso.
Workflow in BPMN
File in XPDL
Video: Test del MODELER
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b) MODELER
Nel Sistema AMS il file XPDL prodotto dal tool TIBCO viene interpretato dal Modeler.
Applicativo Modeler
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c) PROCESS MANAGEMENT AGENT (PMA)
Il PROCESS MANAGEMENT AGENT (PMA) il sottosistema software realizzato con la
tecnologia ad Agenti BDI che ha il controllo dell’esecuzione dei processi di
manutenzione.
Le componenti del PMA sono:
Messenger: gestisce la comunicazione del
PMA con il Process Engine che avviene con
scambi di messaggi XML. Esso prende in
input le seguenti informazioni:
o
Dati di configurazione iniziale del sistema di
manutenzione ;
o
Dati variabili nel tempo (es. guasti, cambio di
stato ordini di lavoro).
Il Messenger propone in output la Lista degli
Ordini di Lavoro e le notifiche riguardanti
ordini di lavori pendenti.
Inference Engine: genera la lista degli ordini
di lavoro da proporre in base alle
informazioni rese disponibili dal Messenger
nella base di conoscenza e le notifiche
riguardanti gli ordini di lavoro pendenti.
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c) PROCESS MANAGEMENT AGENT (PMA)
Nel Sistema AMS è presente una utility di configurazione dei file XML da inviare al
Process Management Agent.
Quando il Process Management Agent invia nuovi file XML al Process Engine, il
Sistema AMS notifica l’evento.
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d) MIDDLEWARE MAINTENANCE DATA MANAGER
Il MIDDLEWARE MAINTENANCE DATA MANAGER è il sottosistema software di
gestione della raccolta dati provenienti da:
-Ispezioni Visive: utilizzando
la tecnologia di E-Collaboration (EGROUPWARE);
-Dispositivi da campo: utilizzando
Piattaforma EGROUPWARE
la tecnologia FDT.
Tecnologia FDT
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ISPEZIONI VISIVE
L’operatore seleziona il TreeView dell’impianto che sta ispezionando e segnala
l’anomalia dell’oggetto di manutenzione riscontrata.
Operatore inserisce la
matricola per
riconoscimento
Anomalie
Selezionare
impianto
Video: Test
E-Collaboration
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ISPEZIONI VISIVE
Il Sistema AMS riceve la notifica dell’inserimento dell’anomalia effettuata dall’operatore:
Il Sistema AMS, di conseguenza, elabora gli stati degli Oggetti di manutenzione da
inviare al Process Management Agent:
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DISPOSITIVI DA CAMPO
La tecnologia FDT permette di configurare, gestire e manutenere un dispositivo da
campo utilizzando interfacce utente standardizzate (driver DTM - Device Manager
Type -)
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DISPOSITIVI DA CAMPO
Il Sistema AMS riceve la notifica dell’inserimento di una anomalia da campo.
Il Sistema associa il cambiamento di stato all’oggetto di manutenzione dell’impianto
ed elabora gli stati degli Oggetti di manutenzione da inviare al PMA.
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e) PROCESS ENGINE (PE)
Il PROCESS ENGINE è il sottosistema software che elabora i dati dinamici acquisiti
real-time e quelli statici proveniente dal Modeler, per generare una pianificazione
degli interventi.
Il Process Engine comprende le seguenti Funzionalità:
PROGRAMMAZIONE E
PIANIFICAZIONE degli Interventi;
CONSUNTIVAZIONE degli
Interventi.
Inoltre, il Process Engine comprende le seguenti Utility:
ANAGRAFICHE (Impiantistiche,
Umane, Strumentali, ecc.) e ARCHIVIO TECNICO;
REPORTISTICA.
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PIANIFICAZIONE/SCHEDULAZIONE INTERVENTI
Il Sistema AMS genera il GANTT di Schedulazione degli interventi di manutenzione in
un arco di tempo selezionato.
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PROGRAMMAZIONE INTERVENTI
Il Sistema AMS genera il programma di manutenzione, da cui è possibile compilare la
distinta base per un intervento.
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CONSUNTIVAZIONE INTERVENTI
Il Sistema AMS prevede la consuntivazione di una distinta attraverso la compilazione
del rapportino attività.
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ANAGRAFICHE
Le anagrafiche prevedono l’inserimento dei dati delle tabelle FMEA e del materiale
tecnico di supporto per ogni componente.
Schema
Descrittivo
Schema
Tecnico
Documenti di
supporto
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REPORTISTICA
Il Sistema AMS elabora la Reportistica dei GANTT, delle schede tecniche, delle tabelle
FMEA, ecc.
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8. Applicazione sul campo: Casi di Studio
Il Sistema Prototipale AMS è stato validato attraverso la simulazione di due differenti
casi di studio: Industriale ed Ambientale.
8.1 – Caso Applicativo Industriale
8.2 – Caso Applicativo Ambientale
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8.1 Caso Applicativo Industriale
Il caso di studio industriale scelto per il Progetto AMS riguarda il Processo di
Pallettizzazione di un Impianto Tecnologico dello Stabilimento SEDA GROUP.
Di seguito è riportata la Scomposizione Funzionale del Processo di Pallettizzazione
secondo l’Analisi FMEA:
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8.1 Caso Applicativo Industriale
La raccolta dati dalle apparecchiature avviene utilizzando un controllore della
Allen-Bradley e un sensore di pressione della Endress+Hauser con la tecnologia
FDT della società ROCKWELL AUTOMATION.
I moduli software utilizzati sono:
Rockwell Software
RSLinx
RSLogix 5000
Factory Talk Transaction Manager
Video: Test della Tecnologia FDT
con sensore di Pressione E+H
Video: Test della Tecnologia FDT
con PLC Allen Bradley
Video: Test della Tecnologia FDT con
sensore di Pressione E+H e PLC Allen
Bradley
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8.1 Caso Applicativo Industriale
•
•
•
•
Rockwell Software: è l’ambiente di sviluppo della Rockwell.
RSLinx: consente di configurare gli oggetti da campo con la connessione LAN.
RSLogix 5000 Enterprise: consente di gestire le variabili da monitorare.
Factory Talk Transaction Manager: consente al RSLogix 5000 Enterprise di
comunicare con SQL Server tramite OPS Server.
In questo modo viene
monitorato lo stato di
efficienza del sensore e
vengono settate le variabili
che si desidera controllare.
il Sistema AMS notifica
l’anomalia
da
campo
quando viene inserito il
record nel DB Server.
Video: Test di Riconoscimento Automatico
della Configurazione del Sensore E+H
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8.2 Caso Applicativo Ambientale
Il caso di studio ambientale scelto per il Progetto AMS riguarda il Monitoraggio di
un’Area Protetta (Aria, Acqua, Polveri, ecc.) di un Impianto Tecnologico ASI di
Trattamento Rifiuti sito in Gioia Tauro (RC).
Di seguito è riportata la Scomposizione Funzionale del Monitoraggio Ambientale
secondo l’Analisi FMEA.
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8.2 Caso Applicativo Ambientale
La raccolta dati dalle apparecchiature avviene utilizzando i prodotti realizzati dalla
BECKOFF
I moduli che vengono utilizzati sono:
•Modulo Base Hardware CX9000;
•Il software di automazione TwinCAT
Il modulo CX9000 è un controllore
compatto
DIN rail-mountable
Ethernet con Intel® IXP420 con
tecnologia XScale® con frequenza
266 MHz.
Il software di automazione TwinCAT
trasforma un sistema CX9000 in un
potente PLC e sistema controllo.
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8.2 Caso Applicativo Ambientale
Attraverso l’interfaccia di raccolta dati viene visualizzata la scomposizione
dell’impianto e viene selezionata l’anomalia riscontrata per un sensore specifico.
In questo modo viene monitorato lo stato di efficienza del sensore. il Sistema AMS
notifica l’anomalia da campo.
Video: Simulazione di Segnale continuo
4-20 mA da Sensore al PLC Beckhoff
Simulazione di Segnale On/Off da
Sensore al PLC Beckhoff
Simulazione Anomalia sul Sistema
AMBIENTALE
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9. Conclusioni
In definitiva, il Progetto AMS ha portato alla realizzazione di un Sistema
Informatico Autonomico per la Gestione della Manutenzione, capace di
adattarsi a qualsiasi dominio di applicazione, da quello industriale a quello
ambientale, attraverso una visione complessiva di alto livello, con l’utilizzo
di diverse tecnologie informatiche che trattano tipologie di informazione
differenti e che si integrano tra loro e con dispositivi di automazione
eterogenei da campo.
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Link di riferimento
SITI:
TIBCO BUSINESS STUDIO®: http://developer.tibco.com/business_studio/
Business Process Modeling Notation (BPMN): http://www.bpmn.org
XML Process Definition (XPDL): http://www.wfmc.org/standards/xpdl.htm
EGROUPWARE: http://www.egroupware.org/
Tecnologia FDT: http://www.fdtgroup.org
Rockewell Automation: http://www.rockwellautomation.it/
Beckoff: http://www.beckhoff.it/
VIDEO:
Test del MODELER
Test E-Collaboration (EGroupWare)
Test di Tecnologia FDT con sensore di Pressione E+H
Test di Tecnologia FDT con PLC Allen Bradley
Test di Tecnologia FDT con sensore di Pressione E+H e PLC Allen Bradley
Test di Riconoscimento Automatico della Configurazione del Sensore E+H
Simulazione di Segnale continuo 4-20 mA da Sensore al PLC Beckhoff
Simulazione di Segnale On/Off da Sensore al PLC Beckhoff
Simulazione Anomalia sul Sistema AMBIENTALE
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Glossario dei termini
Analisi FMEA
Metodologia tradizionale che consente di stabilire l’importanza degli eventi di
guasto che si verificano nelle diverse parti dell’impianto. Lo studio FMEA fornisce
un metodo per esaminare sistematicamente tutti i modi in cui una anomalia può
presentarsi.
E-Collaboration
Tecnologia capace di attivare e gestire le logiche di collaborazione tra le
organizzazioni chiamate ad intervenire per le attività di intervento tecnico. I
software di e-collaboration sono le soluzioni ideali per gestire le attività lavorative
quotidiane come messaggistica, calendario, attività, etc.
Modeler
Modulo per realizzare i workflow dei processi operativi e tradurli in formato xml
proprietario
Middleware Maintenance Data Manager
Modulo di raccolta dati dagli apparati che utilizza delle interfacce a componenti sia
hardware che software coinvolti nei processi di manutenzione ed è in grado di
catalogare, memorizzare ed eseguire attività di analisi dei dati raccolti, tramite
l’integrazione dei dispositivi
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Glossario dei termini
Process Engine
Modulo che consente la elaborazione dei dati acquisiti real-time ed è l’esecutore
materiale del processo. Ha la responsabilità dell’esecuzione dei processi.
Process Server
Modulo che mira ad integrare i processi business a partire dai concetti di
integrazione business comprovati e dagli standard aperti più recenti. Prevede
l’aggregazione di diverse componenti che comunicano tra loro come il modeler, il
Process Engine, il Process Management Agent, il middleware.
Agente BDI (Belief Desire Intention)
Agenti intelligenti software indicati per costruire sistemi che sono situati in
ambienti dinamici e che devono ragionare e pianificare, e agire con forti vincoli di
tempo. Si imita il comportamento umano basato su tre “attitudini”: BELIEFS,
DESIRES AND INTENTIONS → CREDENZE, GOAL E INTENZIONI
Process Management Agent
Modulo che ha la responsabilità di coordinare e verificare la validità dei
processi/attività in corso in relazione agli obiettivi che si intendono conseguire. E’ la
base su cui è realizzato il comportamento automatico del sistema. I processi sono
attivati dal Process Management Agent.
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