compozit2024

info space2024

go digital2024

gnu2024

iip2024

kmu 2024

goszakaz2024

helirus2024

ctt expo2024

vphr2024

rosmold plast2024

eltrans2024

army2024

sp tr expo2023

Advanced Forth System – новая отечественная технология для экономичных встраиваемых систем управления промышленным оборудованием «умного» производства

01Сегодня, в эпоху «IV индустриальной революции», мы говорим об иных возможностях повышения производительности, ресурсосбережении, новых принципах организации производства, как традиционных, так и совершенно новых продуктов. Это происходит во многом, благодаря развитию автоматизации, телекоммуникаций, межмашинного взаимодействия, робототехники, искусственного интеллекта.
Сегодня они выходят на качественно новый уровень и являются предметом всеобщего пристального внимания. Импульсом к столь радикальным изменениям, безусловно, послужило интенсивное распространение информационных технологий и Интернета. Происходящие процессы, настолько реальны и важны, что правительства трех крупнейших экономик мира дали этой масштабной трансформации свои собственные имена: - «Умное производство» в США; «Индустрия 4.0» в ЕС, «Сделано в Китае 2025».

Все больше современных промышленных систем, в том числе систем энергетики, ЖКХ, транспорта носят ярко выраженный распределенный характер. Причем, говоря о распределении, понимают не только пространственно-территориальное распределение, но и распределение информационно-вычислительных ресурсов на различных уровнях управления, что приводит к появлению новых требований к аппаратно-программным средствам, алгоритмам и приложениям для работы с большими данными.02
Ключевую роль в данном процессе отводят технологии промышленного интернета вещей (IIoT – Industrial Internet of Things), способному объединять многочисленные разрозненные объекты в единое информационное пространство, что может позволить сложным физическим системам самостоятельно отслеживать в реальном масштабе времени свое состояние, повышать оперативность принятия решений, снижать издержки.
При этом отмечают несколько проблем, являющихся сдерживающими факторами для внедрения технологий промышленного интернета вещей:
- нежелание руководства промышленных предприятий проводить модернизацию функционирующего производства из-за опасений, связанных с возможным нарушением стабильности технологических процессов, необходимости внесения изменений в существующее аппаратное и программное обеспечение систем управления, а также отсутствием уверенности в экономическом эффекте;
- недостаточная совместимость технических средств, обусловленная, в первую очередь, разнообразием стандартов, которые могут применяться в производственной системе. Это может выражаться в одновременном применении множества протоколов передачи данных для выполнения технологических операции или в отсутствии какой-либо физической возможности интеграции в единую информационную систему оборудования, не имеющего соответствующих портов подключения к сети;
- ограниченная масштабируемость предлагаемых средств IIoT для объединения всех устройств и оборудования предприятия, с учетом потенциального расширения, что не позволит обеспечить гарантированное выполнение всех критичных производственных задач.
- низкая надежность;
- появление новых факторов в модели угроз информационной безопасности.
Одним из решений для систем IIoT на первых этапах создания умного производства, может стать российская программная платформа AFS (Advanced Forth System – усовершенствованная Форт-система). Технология, при свойственной ей надежности, способна обеспечить работу с широким спектром известных аналоговых и цифровых датчиков, протоколов, имеет гибкий интерфейс межмашинного взаимодействия, хорошо интегрируется в существующие системы, экономична и проста в освоении. Данная технология может позволить с наименьшими издержками решить, пожалуй, самую большую проблему, связанную с подключением уже задействованного в технологическом процессе устаревшего промышленного оборудования. Собранные и обработанные средствами AFS данные могут в реальном масштабе времени предоставить операторам и диспетчерам централизованной системы управления всю необходимую информацию для контроля состояния оборудования, протекания производственных процессов, затрат электроэнергии, расхода материалов и т.д.
Основы технологии AFS были заложены еще в середине ХХ века, когда отечественными учеными в МГУ им. М.В. Ломоносова была предложена вычислительная машина «Сетунь» стековой архитектуры с постфиксной нотацией операндов, принцип действия которой оказался очень востребованными в условиях ограниченности аппаратных ресурсов. Позже на машине были реализованы развитое структурированное программирование и диалоговая среда.
В то же время американский ученый Чарльз Мур впервые предложил упорядоченный список слов-процедур и детально описал язык программирования для стековой машины. К 1971 г. идеи Ч. Мура оформились в коммерческий продукт, известный сегодня как язык программирования Форт (от англ Forth).  
Устройства и системы, созданные на основе Форта, находили широкое применение в приборостроении, персональной вычислительной технике, в системах сбора и анализа данных, системах управления промышленным оборудованием, робототехнике, экспертных системах.
AFS по отношению к родительской технологии имеет существенные отличия и позиционируется как технология, претендующая на собственную историю развития. Усовершенствования коснулись организации операционного ядра, принципов работы компилятора и интерпретатора, интерфейса межмашинного взаимодействия, драйверов устройств целевой платформы, решения ряда вопросов технической защиты информации.
Сегодня программный комплекс AFS является одновременно языком программирования высокого уровня, операционной системой, средой программирования и, в каком-то смысле, концепцией разработки программного обеспечения.
В зависимости от целевого предназначения и мощности аппаратного обеспечения AFS может быть синтезирована из программных модулей, отличающихся размером и функциональными возможностями.  AFS может быть встроена в микросхемы процессоров практически любой известной архитектуры, наиболее предпочтительной из которых, в настоящее время, остаются специализированные аппаратные Форт-процессоры и ARM микроконтроллеры. Данные решения могут быть применены в базовых модулях системы распределенной системы сбора и предобработки данных, выполнения функций вычисления и управления без участия контроллеров верхнего уровня управления, организации межмашинного взаимодействия оборудования производственных систем.
На рисунках представлены примеры полнофункциональных образцов изделий, соответствующие четвертому уровню технологической готовности.
Для разработки, интеграции и расширении функциональных возможностей технических решений IIoT на основе технологии AFS не требуется каждый раз «с нуля» разрабатывать компоненты программного обеспечения. Заложенные возможности эволюционного программирования позволят наиболее рационально решать проблемно-ориентированные задачи, быстро совершенствовать их, как на стадии создания, так и в процессе эксплуатации.

Олег ДАНИШЕВСКИЙ,
Владимир ХОЛОПОВ,
Андрей ПАРФЕНОВ