Учредитель журнала

Использование программных сервисов в системах управления активами

УДК 004.77:338.32

DOI 10.52815/0204-3653_2022_02186_17
EDN: KXLRPO

Молчанов Алексей
Доцент ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», к. т. н.,
директор по разработкам НПП «СпецТек».
e-mail: mill@spectec.ru

Организационные и технические особенности функционирования ИСУФА

Основная цель управления физическими активами заключается в том, чтобы найти оптимальный баланс между их производительностью, с одной стороны, и допустимыми рисками и затратами, необходимыми для поддержания их в работоспособном состоянии, с другой стороны [1]. Под физическими активами понимается производственное оборудование различного назначения, здания, сооружения и другие объекты инфраструктуры, а также все возможные материально-технические ресурсы, контрольно-измерительные приборы и иные объекты организации.
Для успешного решения задач управления физическими активами требуется вовлечение максимально возможного числа заинтересованных лиц. Следует учитывать, что участники процессов управления активами могут находиться в разных подразделениях (в производственных, ремонтных, финансовых, экономических, кадровых и других), в том числе территориально распределенных, и на разных уровнях в организационной структуре предприятия. При этом для выполнения своих прямых должностных обязанностей многие из них значительную часть времени должны действовать автономно (в производственной зоне, в цехах, на складах и т. п.). Но несмотря на указанные факторы, деятельность всех участников процесса управления физическими активами должна быть направлена на достижение единых целей и взаимно согласована.
Согласно ГОСТ Р 55.0.02 необходимым средством поддержки процессов управления активами является информационная система управления физическими активами (далее по тексту – ИСУФА). С точки зрения ИСУФА все физические активы предприятия являются объектами, информация о которых должна храниться в информационной системе. Как правило, эта информация хранится в базе данных ИСУФА, которая может быть единой централизованной, либо распределенной. Учитывая указанные особенности организации ИСУФА и факторы производственной деятельности участников процессов управления активами, создание и внедрение такой системы невозможно без использования технологий организации распределенных вычислений [2, 3].
При таком подходе рабочие места участников процессов управления активами, входящие в состав ИСУФА, являются потребителями услуг, предоставляемых этой системой или просто клиентами. А все компоненты ИСУФА, обеспечивающие предоставление услуг клиентам, составляют серверную часть информационной системы. Функционирование серверной части ИСУФА должно реализовываться соответствующими программно-аппаратными ресурсами серверных компьютеров. При этом они могут представлять собой выделенные физические компьютеры, либо быть виртуальными машинами, которые развернуты на основе доступных вычислительных мощностей с использованием технологий организации облачных вычислений [4].
При создании ИСУФА необходимо учесть, что для доступа к ней все участвующие в процессах управления физическими активами лица могут использовать разнородные технические устройства, выступающие в качестве клиентов.
Можно выделить следующие основные типы таких устройств:

  1. Офисные стационарные компьютеры, на которых установлены специализированные клиентские программные модули ИСУФА. Такие клиентские рабочие места получают доступ к серверной части ИСУФА в режиме постоянного соединения («on-line») с помощью вычислительной сети, производительность которой должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить такое соединение. Как правило, такие рабочие места имеют развитые функциональные возможности и взаимодействуют с пользователями с помощью современного графического интерфейса (GUI – Graphical User Interface). Главным их недостатком является прямая зависимость от программно-аппаратного обеспечения рабочих мест, где установлено клиентское программное обеспечение.
  2. Мобильные устройства – планшеты и смартфоны, на которых установлено клиентское мобильное приложение ИСУФА. Как правило, такое приложение позволяет пользователям взаимодействовать с серверной частью ИСУФА в режиме постоянного соединения. Но при этом оно также должно иметь возможность функционировать автономно в том случае, когда взаимодействие с серверной частью ИСУФА невозможно или недоступно. Использование мобильных устройств позволяет существенно расширить круг лиц, вовлеченных в процессы управления активами, так, чтобы они могли выполнять свои функции без существенных ограничений физического перемещения. Главным минусом является недостаточная вычислительная мощность и значительные физические ограничения мобильных устройств, что не позволяет реализовать на их основе всю полноту функционала ИСУФА.
  3. Любые технические устройства, позволяющие работать с серверной частью ИСУФА с помощью программы навигации по сети (браузера). Такие клиентские рабочие места получают доступ к серверной части ИСУФА в режиме постоянного соединения через сеть Интернет, либо через корпоративную вычислительную сеть, построенную на основе принципов Интернета. Они имеют достаточно широкий перечень доступных функций, а взаимодействие с пользователем обеспечивается через Web-интерфейс, реализуемый браузером. При этом не требуется установка клиентского программного обеспечения на рабочем месте пользователя, и, таким образом, нивелируется зависимость клиента от программно-аппаратного обеспечения его рабочего места. Грамотно организованный Web-интерфейс адаптируется под технические возможности различных рабочих мест, что позволяет использовать в качестве клиентских рабочих мест любые технические устройства, в том числе мобильные, имеющие необходимое подключение к сети. В качестве основного недостатка таких рабочих мест следует отметить тот факт, что по своим возможностям Web-интерфейс всё‑таки уступает графическому интерфейсу GUI, является менее производительным, и для реализации тех же функций взаимодействия с пользователями он требует более существенных затрат вычислительных ресурсов.
    Общая схема взаимодействия разнотипных клиентских рабочих мест с серверной частью ИСУФА представлена на рис. 1.
    Далеко не всегда в составе конкретной ИСУФА могут быть все перечисленные выше типы клиентских рабочих мест и их программно-аппаратного обеспечения. Их реальный перечень будет зависеть от возможностей данной информационной системы, а также от организационных и производственно-технических условий на предприятии и, соответственно, от различных ограничений и требований, налагаемых ими на программное обеспечение ИСУФА. Поэтому вполне жизнеспособны варианты, в которых имеется неполное количество типов клиентских рабочих мест.
    Однако, если программное обеспечение ИСУФА рассчитано на нескольких заказчиков и нацелено на полноценное функционирование информационной системы в различных производственно-технических условиях, то оно должно предлагать максимально широкий перечень доступных типов клиентских рабочих мест, включающий все рассмотренные выше. Такой подход позволит при необходимости сочетать их положительные стороны и нивелировать их недостатки, обеспечивая максимальный охват персонала, задействованного в процессах управления активами, с учетом всех особенностей каждого конкретного предприятия. Только в этом случае производитель информационной системы может рассчитывать на максимально широкий охват рынка.
    Примером может служить проект внедрения электронной системы обходов оборудования (ЭСО), реализованный в КАО «Азот» на платформе программного комплекса TRIM [5]. Техническим заданием на проект была поставлена задача создать ЭСО в виде многопользовательской системы сбора, учета и анализа данных о результатах обходов оборудования с использованием мобильных устройств и Web-технологий.
    С этой целью в состав ЭСО включены все три указанных выше типа рабочих мест:
    • офисными стационарными компьютерами с графическим интерфейсом пользуются администраторы системы, ведущие реестр активов (объекты осмотра и обхода), поддерживающие справочники НСИ, управляющие ролями пользователей;
    • эксперты, создающие в системе маршруты обходов, и планировщики обходов, непосредственно формирующие задания на обходы по исполнителям, обращаются к функциям TRIM через Web-интерфейс и браузер любых доступных им технических устройств;
    • мобильными устройствами с установленным приложением «TRIM‑Mobile» пользуются непосредственные исполнители обходов оборудования.
    Такая организация рабочих мест позволила вовлечь в единое информационное пространство управления обходами оборудования 1896 пользователей. Большинство из них являлось оперативным персоналом технологических цехов, находящимся всю рабочую смену непосредственно у оборудования и выполняющим обходы, остальные 200 человек имели статус эксперта.
Рис. 1. Взаимодействие различных клиентских рабочих мест с серверной частью ИСУФА

Построение серверной части ИСУФА на основе сервисной модели

Существуют различные технологии организации распределенных вычислений, многие из которых так или иначе применяются в ИСУФА [4, 6]. Они определяют состав серверных программных компонентов информационной системы. Последние обеспечивают предоставление услуг ИСУФА, составляют серверную часть информационной системы и являются различными серверами в составе этой системы.
Соответственно, серверная часть ИСУФА должна быть построена так, чтобы поддерживать взаимодействие со всеми типами клиентских рабочих мест. Кроме того, серверная часть ИСУФА должна обладать известной гибкостью для возможности масштабирования информационной системы. При этом должно обеспечиваться как вертикальное масштабирование (путем расширения функционала системы), так и горизонтальное (за счет увеличения количества пользователей). Конечно, возможно создание программного обеспечения ИСУФА, рассчитанного только на определенный сегмент рынка и соответствующий масштаб предприятий. Но в данном случае наиболее гибкой и востребованной на рынке будет информационная система, которая в равной степени способна обеспечить поддержку процессов управления активами на предприятиях различного масштаба с разным количеством пользователей, а также с широким диапазоном доступных функций. При этом технические требования к серверным компонентам ИСУФА в каждом конкретном случае должны быть соразмерны масштабам информационной системы и того предприятия, процессы управления активами которого она поддерживает.
Все указанные выше обстоятельства предопределяют требования к программным компонентам серверной части ИСУФА и ее архитектуре. Существуют различные подходы, которые в той или иной степени позволяют решить указанные задачи, возникающие при создании серверной части информационной системы. Далее будут более подробно рассмотрены аспекты организации распределенных вычислений в серверной части ИСУФА.
Одним из вариантов построения серверной части информационной системы, который может обеспечить необходимые условия для ее масштабирования, расширения функционала и подключения разнотипных клиентских мест является подход, основанный на использовании программных сервисов (сервисная архитектура).
Основой реализации серверной части ИС на основе сервисной архитектуры, как и во многих других случаях, является модель данных. Главным при этом становится принцип, согласно которому каждый объект (сущность) в составе информационной системы обслуживается соответствующим сервисом. Сервис может быть представлен менеджером классов, который обеспечивает возможность доступа к функциям сервиса всем остальным компонентам системы. Доступ к менеджеру классов для других компонентов системы обеспечивается через соответствующий программный интерфейс, который в программном коде может быть представлен именно в виде интерфейса или другой подобной конструкции (в зависимости от используемых средств разработки) [7]. При этом взаимодействие между компонентами сервисной части информационной системы обеспечивается единообразно вне зависимости от их внутренней реализации. Такой подход допускает возможность замены любого сервиса в составе серверной части системы на другой аналогичный сервис при условии, что он обеспечивает соответствующий программный интерфейс. Причем такая замена никак не должна сказываться на других сервисах, входящих в состав информационной системы.
Состав сервисов, реализованных в составе серверной части ИСУФА, может зависеть от конкретной реализации системы и её функционала. Но в любом случае можно выделить обязательный сервис, обеспечивающий аутентификацию пользователей, компонентов информсистемы и внешних систем, взаимодействующих с ней.
Аутентификация пользователей может происходить по заданным параметрам, в качестве которых могут выступать уникальное имя и пароль пользователя, либо другой уникальный идентификатор (например, RFID-код метки или карточки доступа пользователя на предприятие). При необходимости процесс аутентификации пользователей ИСУФА может быть синхронизирован с данными общей корпоративной информационной системы предприятия (построенной, например, на основе Active Directory). После прохождения аутентификации пользователь получает уникальный никогда не повторяющийся идентификатор сессии, который действует в течение заданного времени и запоминается на стороне клиентского программного обеспечения ИСУФА. В течение срока действия этого уникального идентификатора сессии клиентское программное обеспечение, работающее в этой сессии, может использовать его для доступа к серверной части ИСУФА.
Аналогично внешние информационные системы могут получать доступ к серверной части ИСУФА либо по специальным данным аутентификации, выделенных для взаимодействия с этими системами, либо по внутренним уникальным кодам системы, известным серверным компонентам ИСУФА. Так же, как и для пользователей, для каждого взаимодействия серверной части ИСУФА с внешними информационными системами создается уникальная сессия со своим контекстом данных и своим уникальным идентификатором.
Обязательным является сервис авторизации (сервис прав доступа). Его главная задача – предоставление каждому субъекту или объекту, взаимодействующему с информационной системой, информации о доступных ему функциях и данных. Он функционирует в прямой взаимосвязи с каждой сессией ИСУФА. Все остальные сервисы используют предоставляемую им информацию, чтобы определить перечень функций и данных, доступных в пределах данной сессии. Таким образом, пользователь или внешняя система, получая доступ к серверной части ИСУФА и открывая соответствующую сессию, сразу проходит авторизацию на серверной части информсистемы. При этом он получает доступ только к тем данным и функциям, которые ему (ей) доступны в соответствии с заданным распределением прав доступа в ИСУФА.
Общая схема взаимодействия программных компонент серверной части ИСУФА, построенной на основе сервисной архитектуры, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Серверная часть ИСУФА на основе сервисной архитектуры

При такой реализации серверной части информационной системы возможно масштабирование программного обеспечения серверов как по составу функций, так и по количеству обслуживаемых пользователей без необходимости её существенных модификаций.
Подключение новых функций в состав информационной системы возможно путем создания новых сервисов, принципы функционирования которых должны соответствовать сервисной архитектуре. Если какая‑то часть функций информационной системы не используется или не задействована на данном этапе внедрения, соответствующие сервисы в составе серверной части могут отсутствовать или быть представлены типовыми «заглушками». По мере развития системы и расширения ее функционала возможно постепенное подключение к серверным модулям информационной системы новых сервисов и реализуемых ими функций.
Аналогично возможно масштабирование серверной части системы по количеству обслуживаемых пользователей. В предельном случае при минимальной нагрузке все компоненты серверной части системы могут располагаться на единственном вычислительном устройстве, где будут выполняться все сервисы. С возрастанием нагрузки возможно увеличение производительности серверных вычислительных устройств, что обеспечивается базовыми принципами, лежащими в основе процесса организации распределенных вычислений. Но использование сервисной архитектуры для построения серверной части информсистемы позволяет при возрастании нагрузки не только увеличивать вычислительные мощности серверных компонент, но и наращивать дополнительно количество этих компонент, разнося отдельные сервисы из состава серверной части на разные вычислительные устройства. В предельном случае возможно организовать функционирование серверной части таким образом, чтобы каждый сервис из ее состава выполнялся на своем отдельном вычислительном устройстве.
Конечно, создание серверной части ИСУФА на основе сервисной архитектуры предъявляет определенные требования к программному обеспечению, которые должны соблюдаться разработчиками. Но необходимо отметить, что такой подход обеспечивает определенную гибкость в распределении ресурсов серверной части информационной системы и ее взаимодействие с клиентскими рабочими местами, что дает ряд существенных преимуществ.

Заключение

Использование любой современной ИСУФА подразумевает вовлечение в процессы управления активами максимального количества заинтересованных лиц. Для реализации этой возможности необходимо использование соответствующей архитектуры организации распределенных вычислений и подключение к информационной системе всех возможных типов клиентских рабочих мест пользователей, включая различные мобильные устройства.
Подключение к ИСУФА разнородных клиентских рабочих мест можно обеспечить в рамках многоуровневой технологии организации распределенных вычислений, если разработчики ИСУФА обеспечат соответствующие программные интерфейсы со стороны серверной части. Кроме того, серверная часть системы должна быть организована таким образом, чтобы обеспечить возможность масштабирования как по составу выполняемых ею функций, так и по количеству обслуживаемых пользователей.
Одним из вариантов организации серверной части ИСУФА, который может обеспечить реализацию заявленных здесь требований, является использование сервисного подхода (сервисной архитектуры). При таком подходе вся серверная часть ИСУФА представляет собой множество взаимодействующих между собой сервисов, состав которых может меняться в зависимости от функциональных возможностей ИСУФА. При этом должны быть четко специфицированы программные интерфейсы взаимодействия между сервисами, но способы реализации тех или иных сервисов могут варьироваться. Среди всего множества сервисов, реализуемых на серверной части ИСУФА, есть определенный перечень сервисов, без которых построение серверной части ИСУФА невозможно. К ним относятся, например, сервис аутентификации и сервис управления правами доступа.