«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Онтологическое описание автоматизированных систем управления технологическим процессом

УДК: 004.822
DOI: -

Авторы:

¹ НИИ Транснефть, Москва, Россия
² Транснефть-Технологии, Москва, Россия

Ключевые слова: автоматизация, онтология, проектирование систем, конфигурирование, АСУТП, функциональная модель, модель часть–целое, таксономия, топология

Аннотация:

В настоящий момент онтологические модели все чаще применяются для структурного и функционального представления информационных систем. Существующие документы, стандартизирующие разработку онтологических моделей, фокусируются на описании систем роботизации, специфика систем автоматизации, в частности сигнального взаимодействия оборудования, в них не учитывается. Целью данной статьи является обобщение существующего опыта онтологического моделирования в области автоматизации, автоматического конфигурирования информационных систем с помощью онтологических моделей, онтологического моделирования динамических процессов. В статье составлен перечень вопросов компетенций к онтологической модели, ответы на которые отражают аспекты описания ключевых концептов предметной области автоматизации – сигнала и его семантической составляющей, оборудования, функции, системы. В соответствии с вопросами компетенций разработана верхнеуровневая онтологическая модель объекта автоматизации, реализуемая на языке OWL 2 DL (Ontology Web Language 2 Description Logic). Актуальность работы обусловлена потребностью в создании онтологической модели объекта автоматизации, учитывающей концепты смежных с автоматизацией предметных областей, подлежащей автоматизированной обработке и задающей модель данных, необходимых для задач конфигурирования программного обеспечения систем автоматизации, составления проектной документации на объект автоматизации. Новизна работы заключается в предложении онтологической модели объекта, опирающейся как на основные концепты теории управления, так и на концепты смежных предметных областей описания объекта. Представлено сравнение способов структурирования знаний нескольких предметных областей в мультидоменных онтологиях, онтологий верхнего уровня языка OWL 2 DL. Указаны перспективные направления дальнейшего исследования в области разработки внешних инструментов автоматизированного конфигурирования систем автоматизации с использованием данных онтологической модели.

Список литературы:

1. Онтологический Саммит 2020. Коммюнике: Графы знаний / К. Баклавски, М. Беннет, Г. Берг-Кросс [и др.]; пер. с англ. Д. Боргест // Онтология проектирования. – 2020. – Т. 10, № 4(38). – С. 540–555. – DOI: 10.18287/2223-9537-2020-10-4-540-555
2. Онтологический подход к автоматизации процессов контроля микроклимата и безопасности музейных объектов / Р.Р. Хайдарова, А.С. Конев, М.В. Лапаев, И.Б. Бондаренко // Науч.-техн. вестн. информ. технологий, механики и оптики. – 2019. – Т. 19, № 1. – С. 118–125. – DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-118-125
3. Bernardo R., Sousa J., Gonçalves P.J.S. Domain Ontology to Provide Flexible Robotic Systems in Internal Logistics // Int. Workshop on Ontologies and Standards for Robotics and Automation, Yokohama, Japan, May 13, 2024. – URL: https://www.researchgate.net/publication/381482811_Domain_Ontology_to_Provide_Flexible_Robotic_Systems_in_Internal_Logistics
4. An IEEE standard Ontology for Robotics and Automation / C. Schlenoff, E. Prestes, R. Madhavan [et al.] // IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Vilamoura-Algarve, Portugal, Oct. 07–12, 2012. – P. 1337–1342. – DOI: 10.1109/IROS.2012.6385518
5. Towards a Core Ontology for Robotics and Automation / E. Prestes, J.L. Carbonera, S.R. Fiorini [et al.] // Robotics and Autonomous Systems. – 2013. – Vol. 61, Issue 11. – P. 1193–1204. – DOI: 10.1016/j.robot.2013.04.005
6. A Formal Model for Artificial Intelligence Applications in Automation Systems / M. Schieseck, P. Topalis, L. Reinpold [et al.]. – 2024. – DOI: 10.48550/arXiv.2407.03183
7. Агалакова Е.З., Ланин В.В., Шучалова Ю.С. Онтология документов, используемых при проектировании информационных систем // Вестн. молодых учёных ПГНИУ: сб. тр. конф., Пермь, 01 апр. – 30 нояб. 2014 г. – Пермь: ПГНИУ, 2014. – Вып. 4. – С. 253–258.
8. Автоматическое конфигурирование системы подготовки газа на основе онтологических моделей / И.Н. Глухих, Т.Г. Шевелев, Р.А. Панов [и др.] // Онтология проектирования. – 2022. – Т. 12, № 4(46). – С. 518–531. – DOI: 10.18287/2223-9537-2022-12-4-518-531
9. Куликова А.А. Методы и средства формирования и использования онтологий проектов в процессе проектирования автоматизированных систем: дис. … канд. техн. наук: 05.13.12. – Ульяновск, 2022. – 207 с.
10. Winch G., Usmani A., Edkins A. Towards total project quality: A gap analysis approach // Construction Management and Economics. – 1998. – Vol. 16, Issue 2. – P. 193–207. – DOI: 10.1080/014461998372484
11. Yang Chen-Wei, Dubinin V., Vyatkin V. Ontology Driven Approach to Generate Distributed Automation Control from Substation Automation Design // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2017. – Vol. 13, Issue 2. – P. 668–679. – DOI: 10.1109/TII.2016.2634095
12. Муромцев Д., Волчек Д., Романов А. Индустриальные графы знаний – интеллектуальное ядро цифровой экономики // Control Engineering Россия. – 2019. – № 5(83). – С. 32–39.
13. Martínková Ja., Suchánek M. Towards Semantic Data Management Plans for Efficient Review Processing and Automation // 13th Int. Conf. on Data Science, Technology and Applications, Dijon, France, July 9–11, 2024. – P. 543–550. – DOI: 10.5220/0012837900003756
14. Ahaggach H., Abrouk L., Lebon E. Enhancing car damage repair cost prediction: Integrating ontology reasoning with regression models // Intelligent Systems with Applications. – 2024. – Vol. 23. – P. 200411. – DOI: 10.1016/j.iswa.2024.200411
15. Разработка онтологий для автоматизации вычислительных процессов при проектировании трубопроводных систем энергетики / В.А. Стенников, Е.А. Барахтенко, Д.В. Соколов, Г.С. Майоров // Онтология проектирования. – 2023. – Т. 13, № 4(50). – С. 548–561. – DOI: 10.18287/2223-9537-2023-13-4-548-561
16. An ontology-based approach to knowledge representation for Computer-Aided Control System Design / C. Benavides, I. García, H. Alaiz-Moretón, L. Quesada // Data & Knowledge Engineering. – 2018. – Vol. 118. – P. 107–125. – DOI: 10.1016/j.datak.2018.10.002
17. Schneider G.F., Pauwels P., Steiger S. Ontology-Based Modeling of Control Logic in Building Automation Systems // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2017. – Vol. 13, Issue 6. – P. 3350–3360. – DOI: 10.1109/TII.2017.2743221
18. The Common Core Ontologies / M. Jensen, G. De Colle, S. Kindya [et al.]. – 2024. – DOI: 10.48550/arXiv.2404.17758
19. Mascardi V., Cordì V., Rosso P. A Comparison of Upper Ontologies // WOA 2007: Dagli Oggetti agli Agenti. 8th AIxIA/TABOO Joint Workshop "From Objects to Agents": Agents and Industry: Technological Applications of Software Agents, Genova, Italy, Sept. 24–25, 2007. – P. 55–64. – URL: https://www.researchgate.net/publication/220866366_A_Comparison_of_Upper_Ontologies
20. Кузяков О.Н., Глухих И.Н., Гапанович И.В. Интеллектуальный мониторинг состояния промыслового нефтепровода с выводом решений на основе прецедентов // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной пром-сти. – 2019. – № 3(548). – С. 31–36. – DOI: 10.33285/0132-2222-2019-3(548)-31-36
21. Otte J.N., Beverley J., Ruttenberg A. BFO: Basic Formal Ontology // Applied ontology. – 2022. – Vol. 17, Issue 1. – P. 17–43. – DOI: 10.3233/AO-220262
22. The Common Core Ontologies (CCO). – URL: https://github.com/CommonCoreOntology/CommonCoreOntologies (дата обращения 25.09.2024).
23. gUFO: A Lightweight Implementation of the Unified Foundational Ontology (UFO) / J.P.A. Almeida, G. Guizzardi, T.P. Sales, R.A. Falbo. – 2019. – URL: http://purl.org/nemo/doc/gufo (дата обращения 20.05.2024).
24. Descriptive Ontology for Linguistic and Cognitive Engineering. – URL: https://www.loa.istc.cnr.it/dolce/overview.html (дата обращения 25.09.2024).
25. Semantic Sensor Network XG Final Report. – URL: https://www.w3.org/2005/Incubator/ssn/XGR-ssn-20110628/ (дата обращения 25.09.2024).
26. Rudnicki R. An Overwiew of the Common Core Ontologies. – Buffalo: CUBRC, 2019. – II, 25 p.