CALCULOS Arhitectură cloud pentru o bibliotecă deschisă de blocuri funcționale logice reutilizabile pentru sisteme optimizate

Responsabil de proiect: Dr. Ing. Vasile SIMA

Website-ul proiectului: http://romsim.ici.ro/calculos/

Suport financiar: Proiectul cu codul PN-II-PT-PCCA-2013-4-2123 şi numărul de contract: 257/2014 se desfăşoară în cadrul Programului Naţional de Cercetare-Dezvoltare PN II – Parteneriate – Proiecte colaborative de cercetare aplicativa – Competitie 2013, Domeniul 7 contractat de Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI)
Programul are ca scop atingerea nivelului de compatibilitate si competitivitate necesar pentru integrarea deplina în aria europeana de cercetare si pregatirea participarii la Programul CDT Cadru 7 al Uniunii Europene pentru perioada 2014-2020 (PC7).

Perioada de execuţie: 1 iulie 2014 –15 iunie 2016

Rezumatul propunerii: Cele mai eficiente sisteme automate dedicate pentru controlul proceselor industriale sunt în prezent caracterizate printr-o structura ierarhică presupunând existenţa a cel putin doua niveluri de automatizare: un nivel executiv responsabil de controlul clasic al parametrilor principali de proces şi un nivel de supraveghere, responsabil de monitorizarea instalaţiilor şi de luare a deciziilor. Cele mai multe dintre mediile industriale necesită un sistem cu un nivel de control superior, capabil să îmbunatatească şi să optimizeze funcţionarea instalaţiei. Din păcate, eficienţa algoritmilor scade cu creşterea complexitătii sistemelor. Este necesar sa se prevadă întretineri şi modernizări periodice, care sunt costisitoare şi consumatoare de timp. Tehnologia bazata pe Cloud Computing oferă servicii bazate pe protocoale de Internet, care permit accesul la resurse scalabile şi virtuale. Un rezultat major al proiectului CALCULOS va fi o platforma deschisa de servicii în Cloud ce va oferi pachete de servicii pentru modelare şi calcul cu algoritmi complecşi, capabili să asigure optimizarea funcţionării şi comportarea adecvată în caz de avarii sau în situatii de risc major. Aceşti algoritmi vor fi standardizaţi sub forma de funcţii bloc conform standardului IEC 61499, pentru a putea fi compatibili şi a fi utilizaţi pe orice sistem de control. Fiind o platforma deschisă care se poate accesa de oriunde, diferitele clase de utilizatori vor putea îmbunataţi sau chiar adapta anumite servicii şi algoritmi pentru a satisface necesităţile clientilor/utilizatorilor finali. Utilizatorii finali (end-users) vor fi clienţii industriali care, de asemenea, pot coopera la alcatuirea şi îmbunatatirea unor solutii de conducere. Utilizatorii principali ai platformei vor fi diverse grupuri de ingineri care coopereaza pentru a gasi cea mai buna solutie pentru fiecare aplicaţie specifică. Proiectul propune şi integrează elemente novatoare, contribuind astfel la îmbunătăţirea procesului de analiză, proiectare şi simulare a sistemelor automate şi la creşterea siguranţei, robusteţei şi eficienţei proceselor industriale conduse.

Obiective: Obiectivul principal al proiectului este proiectarea unei platforme cloud şi a serviciilor associate, platformă care va furniza resursele de prelucrare pentru accesarea şi rularea algoritmilor de control avansat şi optimizare a instalaţiilor industriale la scară mare. Aceste servicii vor permite utilizatorului să efectueze analize de risc online şi prevenirea pericolelor folosind algoritmi generici de control, optimizare, defectoscopie, diagnoză, prevenire a avariilor şi analiza defecţiunilor.

Obiectivele specifice ale proiectului sunt:

Proiectarea unei platforme care să folosească o interfaţă prietenoasă de programare adresată mai multor tipuri de utilizatori: ingineri software; ingineri specializaţi în identificare parametrică şimodelare matematică; ingineri specializaţi în controlul proceselor (automatişti), care lucrează cu algoritmi complecşi, inclusiv algoritmi genetici şi reţele neuronale;
Crearea unor maşini virtuale care să poată găzdui module/aplicaţii, algoritmi de simulare şi optimizare;
Reducerea costurilor de mentenanţă pentru instalaţiile industriale;
Îmbunătăţirea relaţiei între mediul academic şi cel industrial;
Îmbunătaţirea proceselor şi instalaţiilor industriale româneşti prin metode şi servicii accesibile.

CALCULOS propune o platformă bazată pe cloud pentru servicii de proiectare şi validare ce vor asigura suport pentru o bază de date deschisă şi acces la soluţii algoritmice standardizate. Baza de date va consta în algoritmi, secvenţe şi strategii de control optimizate pentru instalaţii şi procese specifice, permitând o creştere substanţială a eficienţei şi fiabilităţii, reducând riscul de apariţie a funcţionării defectuoase şi facilitând evaluarea experimentală a diverselor scenarii.

Totuşi, identificarea unor soluţii potrivite reprezintă o altă provocare majoră. În proiect va fi dezvoltată o soluţie, bazată pe căutări semantice şi potrivirea algoritmilor cu proprietăţile cerute, conducând la modificarea sistemului de control. Verificarea la nivelul sistemului va fi făcută în cloud de către modulul simulare – în -buclă, accesat de către dezvoltatori folosind interfaţa web. Proiectul tratează unele din cele mai importante provocări în domeniul sistemelor distribuite de control la scară largă şi se foloseşte de cele mai avansate tehnici din domeniile ingineriei procesării în cloud, serviciilor bazate pe internet, funcţiilor bloc refolosibile standardizate, optimizării sistemelor complexe, controlului tolerant la erori şi analizei de pericole, pentru a crea algoritmi noi, eficienţi şi fiabili care vor răspunde cerinţelor actuale de control din industrie.

Este nevoie de elaborare a unui cadru capabil să ofere nu numai instrumente şi algoritmi, dar şi procedurile şi capabilităţile de calcul pentru a rula în timp real strategii complexe şi algoritmi sofisticaţi, inclusiv simulări, evaluări de risc şi optimizări. Proiectul va dezvolta o arhitectură capabilă să satisfacă aceste obiective

Obiectivul etapei de execuţie.

Conform planului de realizare a proiectului, în cadrul acestei prime etape de execuţie a proiectului, Etapa I – Cerinţele utilizatorului, analiza acceptabilităţii şi platforma

colaborativă, au fost efectuate de către parteneri următoarele activităţi principale:

Activitate I.1 (A1.1): identificarea cerinţelor utilizatorului şi analiza acceptabilităţii,
Activitate I.2 (A1.2): investigarea fundamentelor teoretice şi a posibilităţilor de implementare,
Activitate I.3 (A1.3): elaborarea unui cadru arhitectural standardizat comun,
Activitate I.4 (A1.4): analiza posibilităţilor de interfaţare,

Rezultate: Toate cele patru activităţi prevăzute la etapa 1 au fost efectuate. Investigaţiile întreprinse se vor dovedi foarte utile pentru realizarea etapelor următoare.

Etapa I nu a presupus diseminarea explicită a unor rezultate. Totuşi, în ultimele trei luni au fost publicate trei lucrări elaborate de unii membri ai echipei proiectului, cu subiecte pe tematica proiectului. Una dintre lucrări a apărut într – o revistă indexată ISI, iar alte două lucrări au fost publicate în „proceedings”, anume la oconferinţă internaţională, care a avut loc la Sinaia şi care a fost co – sponsorizată de IEEE. Lucrările conferiţei vor fi accesibile de pe platforma IEE Explore, iar volumul de lucrări va fi indexat de ISI