Интеграция ЛИУС «Химик-аналитик» с приборами аналитического контроля и программно-техническими комплексами

Сафьянов А.С., Терещенко А.Г, Терещенко В.А., Янин А.М., Юнак А.Л., Терещенко О.В.

НИИ высоких напряжений Томского политехнического университета

Россия, 634028, г.Томск, пр.Ленина, 2А

E-mail:  git@hvd.tpu.ru, htpp://www.chemsoft.ru,  тел./факс 41-70-13

Развитие современного предприятия невозможно представить без формирования автоматизированной информационной среды. На рынке широко представлены корпоративные приложения, направленные на решение отдельных комплексов задач, таких как бухгалтерский учет, логистика и т.д. Имеется возможность выбора инструмента автоматизации из систем одного класса для удовлетворения потребностей конкретного предприятия. Выбор производится, как правило, по принципу "best of breed" – лучший в своем классе, что обеспечивает достижение гарантированного результата в автоматизации определенного подразделения или отдельного бизнес-процесса. Следующей задачей в эволюции повышения эффективности работы информационной среды является организация взаимодействия разнородных специализированных систем и интеграция приложений в единое информационное пространство предприятия.

• Можно выделить ряд конкретных причин, требующих проведения интеграционных работ:
• сложность поддержки актуальности и достоверности  распределенного информационного пространства корпоративной информационной системы (КИС) предприятия в связи с разнородностью унаследованных приложений  и дублированием данных;
• недостаточная оперативность работы комплекса подсистем, выражающаяся в задержке протекания процессов на стыке разнородных систем;
• неэффективное использование трудовых ресурсов и дорогостоящих программно-технических комплексов.

Для достижения требуемого уровня взаимодействия разнородных систем необходимо решить множество проблем, основными из которых являются существенное различие систем в используемой модели данных и модели реализации процессов, а также закрытость платформ ряда информационных систем (ИС) и их низкая способность к интеграции.

Вышеуказанные проблемы могут быть в полной мере отнесены к любым приложениям, так или иначе участвующим в производственном процессе. В том числе, это касается и  лабораторных информационно - управляющих систем (ЛИУС либо LIMS  - Laboratory Information Management System). Полноправный отечественный представитель данного семейства - ЛИУС «Химик-Аналитик». Данная система предназначена  для автоматизации бизнес-процессов, связанных с анализом проб, использованием различных методик по различным объектам анализа и выделенным тематическим направлениям аналитических лабораторий, а также для автоматизации производственной деятельности самой лаборатории с целью обеспечения условий сертификации на соответствие требованиям системы менеджмента качества (СМК) и требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025.

ЛИУС является высокоэффективным интегратором и концентратором лабораторной информации: обеспечивает структурированное хранение данных, их автоматизированную обработку и предоставляет оперативный и управляемый доступ к базам данных. Регламент работы лабораторий предусматривает длительное хранение результатов проведенных исследований, стандарты ИСО и СМК требуют организации  протоколирования различных показателей внутренних процессов лаборатории с возможностью их дальнейшего анализа в случае возникновения нестандартных ситуаций. Требования к независимости результатов лабораторных исследований от воздействия какой-либо из заинтересованных сторон предполагают использование в ЛИУС определенных бизнес-требований, таких как разграничение обязанностей и ответственности пользователей с целью  предотвращения возможных случайных или преднамеренных попыток фальсификации результатов отбора и анализа проб.

Начиная с 1999 года, накоплен определенный опыт  эксплуатации, сопровождения и адаптации АРМ/ЛИС/ЛИУС «Химик-Аналитик» более чем в 100 лабораториях России [1,2]. Система развивалась параллельно с ростом понимания ее важности и заинтересованности потенциальных заказчиков. Постоянное наращивание функциональности и повышение конфигурируемости позволили позиционировать ЛИУС как компонент корпоративной информационной системы на уровне MES-системы (Manufacturing Execution System)  и, соответственно, возникли и расширились требования по ее интеграционным свойствам и возможностям [3-5].

Межсистемные информационные потоки можно условно разделить на два уровня (рис. 1), автоматизация которых позволяет решать следующие взаимодополняющие задачи: импорт данных с измерительного оборудования и систем уровня АСУ ТП в ЛИУС и информационная интеграция ЛИУС с другими смежными системами (модулями) уровня MES и ERP – систем  (Enterprise  Resource Planning). Такое разделение выполнено в соответствии с характером передаваемых данных (в основном накапливаемые и консолидируемые значения результатов анализа в первом случае,  и описание сущности предметной области во втором) и различиями в правилах их передачи  и оперативности обновления.

Рис. 1 - Разделение межсистемных потоков по уровням

Первая задача подразумевает организацию потоков данных с результатами измерений (анализов), направленных в сторону ЛИУС для накопления и их обработки. Вторая задача определена необходимостью синхронизации некоторых пересекающихся справочных данных со стороны ЛИУС и других ИС, а также отвечает за экспорт итоговых данных (результатов расчета и аналитической обработки) в ERP- систему.

• В зависимости от используемых подходов и способов решения вторую задачу, в свою очередь, можно структурировать по трем направлениям:
• Загрузка данных в ЛИУС (наполнение, репликация ключевых справочников);
• Выгрузка данных из ЛИУС (репликация ключевых справочников, выгрузка результатов измерений из накопительных баз или журналов);
• Выгрузка из ЛИУС отчетных документов (их экспорт в системы корпоративного документооборота).

Реализация каждого направления требует индивидуального подхода, максимально удобного для Заказчика, функционального архитектора и аналитика  ЛИУС,  системного аналитика и разработчика внешнего программного обеспечения (ПО).

Авторы планируют подготовить серию публикаций по данной теме. В рамках данной статьи предусмотрено рассмотрение только первой задачи: импорт данных в ЛИУС.

• В общем случае данные результатов измерений в «Химик-Аналитик» могут поступать:
• из систем класса АСУ ТП;
• от приборных комплексов MES - систем, объединенных или не объединенных в единое информационное пространство;
• от отдельных приборов или группы приборов аналитического контроля (программно-технических комплексов);
• с использованием ручного ввода.

Необходимо обратить внимание на существующее в настоящее время многообразие приборов, контролеров, интерфейсов взаимодействия и информационных систем на предприятиях и в аналитических лабораториях. При этом для отечественных лабораторий характерно, что на сегодня большая часть результатов анализа показателей (компонентов состава) поступает в ЛИУС при помощи ручного ввода. Развитие аналитического оборудования и оснащение лабораторий современными программно-техническими комплексами приводит к необходимости типизации и автоматизации процессов их интеграции.

Проектирование новых возможностей ЛИУС по интеграции с приборами аналитического контроля было начато с решения ключевых вопросов, связанных с классификацией всех измерительных приборов (источников данных) по следующим признакам:

• форма выдаваемых результатов (значения подлежащие обработке, параллельные определения, конечные результаты);
• полнота состава данных по показателям (описывает один показатель или несколько);
• способ передачи данных (напрямую по требованию, выборка из архива, непрерывный источник сигнала).

Соответственно, проанализирована структура экспортируемых данных (результаты анализов; значение погрешности; информационные поля, характеризующие пробу) и места их назначения, как в структуре базы данных (БД), так и в интерфейсе ЛИУС.

Реализация сопряжения с системами и приборами (источниками данных) проводилась посредством выделения в составе ЛИУС отдельной функции или подсистемы: «Интеграция с приборами аналитического контроля и базами данных управления технологическими процессами» (условное наименование «Интеграция»).

Подсистема  «Интеграция» состоит из блока управления, блока настройки, блока сопряжения с БД ЛИУС, а также системы библиотек доступа к сторонним ИС. Доступ к БД ЛИУС осуществляется посредством ADO (ActiveX Data Object). Подсистема работает параллельно с самой ЛИУС и обеспечивает конфигурирование пользователем без приостановки работы.

• Подсистема «Интеграция» реализует следующие функциональные возможности:
• формирование специальных файлов с историей проделанных операций (логи);
• оповещение администратора по локальной сети в случае возникновения инцидентов (отказов в работе);
• настройка реакции в случае сбоя;
• аутентификация в ЛИУС при подключении подсистемы;
•  выполнение работ по импорту значений результатов анализов в лабораторные журналы ЛИУС строго регламентируется по времени в соответствии с настройками:
  •  N часов или в заданные определенные часы суток;
  • конфигурирование блока настройки осуществляется посредством редактирования
  • специальных файлов в формате XML;
  • в случае необходимости выполнения синхронных работ для  каждой задачи создается
  • отдельный программный поток;
  • округление значений результатов анализа осуществляется по правилам, определенным в соответствующих методиках анализа ЛИУС;
  • автоматическое формирование новых записей в электронных лабораторных журналах (ЛЖ), технологических журналах (ТЖ).

На рис. 2 представлена принципиальная укрупненная схема интеграции ЛИУС с базами данных АСУ ТП, ПТК и измерительными приборами.

Рис. 2 - Структурная схема подсистемы «Интеграция» при реализации задачи интеграции ЛИУС с источниками результатов измерений

Заслуживает внимания укрупненный алгоритм работы подсистемы «Интеграция» в режиме импорта значений с результатами  измерений из внешних источников:

• В заданный и настроенный период времени на стороне источника данных (АП, ПТК или база АСУ ТП) подсистемой «Интеграция»  выбираются значения из соответствующего протокола измерений показателей контроля объекта анализа, полученного от приборных систем;
• Значения показателей контроля буферизируются в промежуточной таблице базы данных;
• При необходимости, в заданный и настроенный период времени проводится усреднение результатов измерения или за усредненное значение берется значение результата анализа показателя измерения на заданную дату и время;
• Через настроенную таблицу взаимосвязей показателей на стороне источника данные импортируются в соответствующие электронные журналы ЛИУС;
• Обеспечивается проверка достоверности данных с использованием контрольных чисел;
• При совпадении контрольных чисел в ЛЖ ЛИУС запускается процесс проверки приемлемости  результатов анализа и расчета метрологических характеристик результатов анализа показателей с использованием  данных из справочника методик анализа;
• Полученные результаты анализов записываются в БД и могут экспортироваться  (передаваться)  в сопряженные базы данных MES-системы, либо на их основе производится дальнейшая обработка.

Помимо общеизвестных и уже упомянутых проблем интеграции ЛИУС «Химик-Аналитик» с системами класса АСУ ТП и ПТК  разработчикам ЛИУС пришлось столкнуться со следующими сложностями:

• не все используемые приборы аналитического контроля отражают результаты измерения в аналоговом или цифровом виде.  Однако практически все современные приборы имеют цифровой выход (стандартные цифровые интерфейсы RS232, RS485, USB и пр.) и могут передать данные в другие ИС;
• программно-технические комплексы накапливают результаты измерений в своих базах данных, структура которых не всегда прозрачна и часто может быть объектом охраны авторских прав;
• при интеграции и загрузки данных необходимо уделить серьезное внимание  синхронизации времени  в ИС и ЛИУС;
• требует внимания организация архивного хранения данных и их своевременная синхронизация в технологическом процессе обработки данных;
• имеются отличия в  правилах представления (округления) чисел в разных ИС;
• показания измерений, снятые приборами и приборными системами, могут не всегда достоверно и корректно отражать информацию о реальных процессах, поэтому необходима сертификация (подтверждение достоверности снятых данных, заверенное производителем прибора или приборной системы);
• особое внимание необходимо уделить сохранности накопленных данных, анализ которых может понадобиться и необходим в случае возникновения инцидентов.

Вышеизложенные основные положения  реализованы в процессе  интеграции ЛИУС с базами данных АСУ ТП на Минусинской ТЭЦ  [6], где с 16 контрольных точек от приборов 4-х типов (анализатор ионообменный, ГСП, кондуктометр, кислородомер) круглосуточно снимаются данные по состоянию котло - и турбоагрегата.  Обеспечивается непрерывный  контроль 6 показателей (Х -электропроводность, pH -кислотность, pNa -натрий, O2 -кислород , Хн, -электропроводность н-катионированной пробы, NH4OH -аммиак), значения которых  поступают по  32 каналам с информацией  по состоянию пара и воды в технологическом процессе по каждому агрегату. Результаты измерений  усредняются в 8, 16,  20 и 4 часа круглосуточно и при помощи специальной утилиты передаются в ЛИУС для  накопления в соответствующих электронных  лабораторных журналах оперативного контроля качества технологического процесса (ВПУ, питательная вода,  котловая вода, пар и  конденсат). Полученные оперативные показатели контроля качества объектов анализа  становятся доступными для сменного  оперативного  персонала цеха  и специалистов химической лаборатории.

Полученный опыт позволяет резюмировать проделанную работу по развитию интеграционных свойств ЛИУС «Химик-Аналитик» как эффективное вложение средств и времени. Заложенная на этапе проектирования модульная и многоуровневая структура ЛИУС позволяет достичь необходимой гибкости и расширяемости подсистемы «Интеграция» при решении задач автоматизации различных потоков первичных данных от измерительных приборов, датчиков и систем класса АСУ ТП. Учитывая многообразие источников результатов измерений и их интерфейсов, подсистема «Интеграции» ориентирована на максимальное упрощение процесса адаптации для каждого конкретного случая. Набор решений, реализованный для информационной интеграции с другими ИС уровня MES и ERP – систем, планируется изложить в следующей статье.

Список литературы

1. Терещенко О.В., Терещенко А.Г., Соколов В.В., Юнусов Р.Ш. АРМ "Химик-аналитик" в системе качества продукции// Материалы IV Междунар.науч.-практич.конф. "Качество – стратегия ХХI века", 1999, г.Томск., С.71-72.
2. Терещенко А.Г., Баянова Т.В., Юшкеева Н.В., Смышляева Е.А., Обухова В.А., Хорошавина Е.А. Опыт внедрения ЛИС «Химик-аналитик» в подразделениях ООО «Тюментрансгаз» // Газовая промышленность. 2007. № 2, с.43-44.
3. Полотнюк И.С. Унифицированный подход к интеграции разнородных систем//Автоматизация в промышленности.2005.№12, с. 19-22.
4. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений.: Пер. с англ. — М.: Из­дательский дом "Вильямc", 2006. — 544 с.
5. David S. Linthicum. Next Generation Application Integration: From Simple Information to Web Services, 2003. – 512 с.
6. Шукайлов М.И., Руденко Т.М., Никифорова В.Ю., Терещенко А.Г. Смышляева Е.А. Опыт внедрения ЛИС «Химик-аналитик» в химических лабораториях филиалов ОАО «Красноярская генерация» //Энергетик. 2006. №8, с. 36-38.