Nyheder

Viden vandrer mellem black og white boxes

Data udveksles mellem de fysiske og virtuelle anlæg, og får meget forskellige gennemsigtighed.

Der er en klar grænseflade mellem fysikken, og det der foregår inde i computerne. Maskinerne og procesanlæggets fysiske lag er i kontakt med informationsteknologien via måleinstrumenter og aktiveres via aktuatorer. 

Tyndere lag
Informationsteknologien anvendes i en sikker version, som vi kalder for automation. Automationslaget med klassiske kontrolfunktioner bliver tyndere og tyndere og ses flere steder lagt direkte ned i controllere som en integreret del af klemrækker. I klemrækkerne tilsluttes kabler/lysledere fra fysikken. Fra klemrækkerne er der en forbindelse med routere til informationsteknologien, og dermed forlades automationslaget.

I informationslaget kollapser fysiske, politiske og organisatoriske grænser, geografiske og tidsmæssige afstande elimineres og forståelsen af, hvad der udgør personlige og arbejdsmæssige fællesskaber udfordres. Man befinder sig med andre ord i skyen. Her står alle muligheder åben for anvendelse af viden online. Dvs., det gælder om at finde konkrete og relevante videnområder, som kan sættes online og dermed anvendes til at optimere de signaler, der sendes til aktuatorerne og menneskene, som servicerer anlæggene på forskellig vis.

Black, grey og white
Konkrete videnområder kan opdeles i tre klasser: Black box, grey box og white box. 

Black box

Black box kaldes også for big data og er datamining, hvor man ikke har en fysisk baseret model af anlæggene baseret på first principles. I stedet anvendes krydskorrelations metoder, som så giver sammenhænge i data og dermed giver mulighed for at optimere. Hvis data ikke er korreleret, er der ingen sammenhæng og ingen viden skjult i dataene. Hvis dataene er korreleret i en eller anden grad så findes der viden, som kan anvendes til at styre maskinerne og anlæggene ud fra.

White box

White box er baseret på en model af maskinerne og dermed af den virkelighed, der måles og aktueres på. Et moderne ord for white box er den digitale tvilling, hvor fysiske sammenhænge modelleres med differentialligninger og diskrete logik systemer. Nogle systemer lader sig modellere på denne måde andre gør ikke. I traditionel reguleringsteknik tager man den fysiske model og udleder kontrolleren af denne. Det indebærer at man skal kunne løse differentialligningerne symbolsk. Ofte lader dette sig ikke gøre også anvendes der i stedet numeriske solvere til at finde løsningen. Et eksempel på en sådan metode er multivariable prediktive control (MPC). I denne metode finder man ofte, at de optimale output er at finde på grænsen til ustabilitet. Hvis man forestiller sig et landskab med høje og dale så findes den optimale løsning ikke på det højeste bjerg og ikke i den laveste dal men et sted indimellem. Dette stiller store krav til formuleringen af optimeringsmetrikker, og er stadigt et videnstungt område, der ikke kan anvendes af den menige automations/informationsteknolog, men kræver dyb viden. Det er værd at notere sig, at optimum ofte ikke er det sted, hvor processen er mest stabil, og det udfordrer traditionelle stabilitetsbaserede reguleringsfilosofier. 

Grey box

Grey box er en blanding af black box og white box. I grey box modelleres de kendte fysiske og logiske sammenhænge og resten håndteres black box. Ofte er det denne version man ser anvendt, da det er meget krævende at lave en ren white box og det er meget usikkert at anvende ren black box.

Samlet kan man konkludere, at når det lykkes at få fysisk og logisk viden indbygget, så fungerer intuitionen i mennesker, der er beskæftiget med anlæggene fortsat. Dette gør, at menneskene aktivt kan forholde sig til fornuften i reguleringsoutputtet til aktuatorerne, og aktivt kan medvirke til opbygningen af grey boxen. Som regel er det derfor denne version, man ser anvendt i industrierne, hvor der er tydelige fysiske mekanismer på spil såsom tidskonstanter, vægt, afstande, maksimum- og minimums-hastigheder og accelerationer. I systemer, hvor der ikke på samme måde er fysiske konstanter indblandet, er der en større tendens til at anvende black box. Dette ser man i systemer for salg og marketing såsom google adwords og facebook boost.

For alle os, der er involveret i automation og informationsteknologi, gælder det om at få fundet ud af, hvor meget skal være black, grey og white box, og hvor er der lavthængende frugter, som kan høstes, når meget data kan samstilles uden det store besvær. Dette første skridt vil så lede til en dybere forståelse for sammenhængene og dermed give en pegepind på den næste hyldemeter viden, der skal sættes online. Dette vil så fortsætte, til biblioteket er tømt for bøger om det pågældende område og alt er online. Så vil alt tilgængelig viden være bragt ind i reguleringssløjfen og herfra vil der så være forskning, der skal give ammunition til den fortsatte optimering.

 

ALLAN P. KJÆR, TECHNICAL DIRECTOR, RAILWAYS AND METRO, COWI
Skrevet af:

ALLAN P. KJÆR, TECHNICAL DIRECTOR, RAILWAYS AND METRO, COWI

Relateret