HRP20192297A2 - Iot platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor uređaja - Google Patents

Abstract

Izum se odnosi na IoT (Internet stvari) platformu za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mjernih uređaja (10) raspoređenih oko mjernih mjesta. Platforma se sastoji od jedne ili više gateway komponente (20), brokera poruka (30), opcijski ERP sustava (40), vatrozidova (50, 50', 50“), frontend komponente (60), backend komponente (70), autentifikacijskog servera (80), baze podataka (90) i jednog ili više klijenata sustava (100). Sustav je koncipiran na način da omogućava prilagodbu različitim profilima korisnika; primjerice onima koji koriste samo energente, onima koji koriste i re-distribuiraju iste, uključivo i one koji nadziru same procese. Platforma prema predmetnom izumu se po potrebi integrira sa sustavima za naprednu podršku planiranju, pripremi, izvršenju i nadzoru operativnih isporuka proizvoda, usluga i projekata i podršku upravljanju lancem vrijednosti poslovne organizacije u realnom vremenu.The invention relates to an IoT (Internet of Things) platform for collecting, processing and monitoring, analysing, controlling and optimizing measured data and for managing and monitoring measuring devices (10) arranged around measuring points. The platform comprises one or more gateway components (20), message broker (30), optional ERP system (40), firewalls (50, 50 ', 50 "), frontend component (60), backend component (70), authentication server (80), database (90) and one or more system clients (100). The system is designed to allow customization to different user profiles; for example, those who use only energy sources, those who use and re-distribute them, including those who control the processes themselves. The platform according to the present invention is integrated, if necessary, with systems for advanced support of planning, preparation, execution and supervision of operational deliveries of products, services and projects and support of real-time business chain management of a business organization.

Description

1.1 Područje izuma

Predmetni izum odnosi se na Internet Stvari (IoT, engleski Internet of Things) iskorišten kao platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor uređaja. Sustav je osmišljen na način da omogućava prilagodbu različitim profilima korisnika; primjerice onima koji koriste samo energente, onima koji koriste i re-distribuiraju iste, uključivo i one koji nadziru same procese, recimo dobavu i odvodnju - npr. ukoliko se radi o vodi kao procesnom parametru. Platforma prema predmetnom izumu se po potrebi integrira sa sustavima za naprednu podršku planiranju, pripremi, izvršenju i nadzoru operativnih isporuka proizvoda, usluga i projekata i podršku upravljanju lancem vrijednosti poslovne organizacije u realnom vremenu.

1.2 Tehnički problem

Predmetni izum koncipiran je na način da rješava u stanju tehnike uočene probleme IoT. Tehnički problemi koje rješava predmetni sustav nalaze se pobrojani niže i sastoje se od:

− formiranja unificiranog sučelja i baze podataka svih energenata u proizvodnji odnosno primjeni;

− normiranja potrošnje na razinu proizvodne jedinice i/ili proizvodnog procesa;

− signalizaciju i obavještavanje korisnika u slučaju odstupanja od prethodno definiranih parametara;

− brzog dobivanja potrebnih informacija i donošenje odluka na temelju podataka u realnom vremenu;

− mogućnosti procjene buduće potrošnje koje se predaje dobavljačima energenta, recimo u slučaju plina ili režijskih troškova vode;

− mogućnosti nadgledanja potrošnje energenata u proizvodnji s mogućnošću praćenja ključnih parametara procesa;

− mogućnosti integracija više linija, proizvodnih odjela ili tvornica u jednu logičku cjelinu praćenja;

− centraliziranog prikaza potrošnje po svim objektima na različitim lokacijama, npr. za različite organizacijske cjeline (višestruke hijerarhije); te konačno,

− prikupljanja podataka u proizvodnji obnovljivih izvora energije te procjene efikasnosti pojedinih jedinica kao što su primjerice solarni paneli, vjetroelektrane i drugi obnovljivi izvori.

1.3 Prethodno stanje tehnike

Prethodno stanje tehnike izuzetno je bogato različitim rješenjima koja uobičajeno adresiraju samo dio od gore navedenih problema. Neki od dokumenata stanja tehnike pobrojani su niže.

WO2018/026964A1 za izum naziva DISTRIBUTED RESOURCE ELECTRICAL DEMAND FORECASTING SYSTEM AND METHOD gdje se analizira i predviđa ponašanje sustava opskrbe električne energije.

US2018/347763A1 za izum naziva MACHINE LEARNING DETECTION OF PIPELINE RUPTURES koji poučava o načinu otkrivanja puknuća cijevi na bazi strojnog učenja i praćenja potrošnje odnosno mjernih parametara.

US2018/132015A1 za izum INTEGRATED SOLUTION OF INTERNET OF THINGS AND SMART GRID NETWORK PERTAINING TO COMMUNICATION, DATA AND ASSET SERIALIZATION, AND DATA MODELING ALGORITHMS odnosi se na praćenje ponašanja unutar mreže s mnoštvo ulaznih senzora i predikcije ponašanja na osnovu tzv. „big data“ analitike.

US2014/303935A1 za izum UNIVERSAL INTERNET OF THINGS CLOUD APPARATUS AND METHODS koji adresira probleme analitike i kontrole uređaja putem servera u oblaku i poslovnog odlučivanja koja iz toga proizlaze.

Priličan broj znanstvenih radova objavljen je iz tehničkog područja predmetnog izuma; neke, isključivo kao primjer, navodimo ovdje niže.

K. Chooruang i K. Meekul: DESIGN OF AN IOT ENERGY MONITORING DESIGN OF AN IOT ENERGY MONITORING SYSTEM; 2018 Sixteenth International Conference on ICT and Knowledge Engineering;

DOI: 10.1109/ICTKE.2018.8612412

D. Dobrilovic, M.Milan, D. Malic: LEARNING PLATFORM FOR SMART CITY APPLICATION DEVELOPMENT; Interdisciplinary Description of Complex Systems 17(3-A), 430-437, 2019;

DOI: 10.7906/indecs.17.3.1

S. U. Alam, R. Ahmed, M. S. Imam, M. Farshid, M. A.Hossain, i M.A. Islam: DESIGN AND IMPLEMENTATION OF WEBSITE BASED ENERGY CONSUMPTION MONITORING AND CONTROLLING; Conference: 2019 International Conference on Computer Communication and Informatics

DOI: 10.1109/ICCCI.2019.8821978

Čini se da u stanju tehnike, prema saznanjima izumitelja, ne postoji sustav koji je po točnosti, signalizaciji i izvještavanju prema korisniku i mogućnostima predviđanja bio ravan sustavu koje je ovdje detaljno opisan.

1.4 Bit izuma

Izum čini IoT (Internet stvari) platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mnoštva mjernih uređaja. Spomenuta platforma se sastoji od jedne ili više gateway komponente, brokera poruka, opcijski jednog ili više ERP sustava, vatrozidova, frontend komponente, backend komponente, autentifikacijskog servera i servera s bazom podataka. Komponente su organizirane u industrijski dio mreže (I) i dio sustava smješten u oblak (C) sa programskom podrškom pobrojanim komponentama. Za funkcioniranje sustava potreban je i barem jedan klijent koji pristupa sustavu u oblaku (C).

Industrijski dio mreže (I) sadržava jednu ili više gateway komponenti povezanih vatrozidom prema dijelu sustava koji se nalazi u oblaku (C). Mnoštvo mjernih uređaja, od kojih je svaki povezan sa samo jednom gateway komponentom, vrši pretvaranje analogne mjerne veličine u digitalnu i prosljeđuje je gateway komponenti kojoj je dodijeljen i koja komunicira sa brokerom poruka smještenim u dijelu sustava u oblaku.

Sustav u oblaku (C) nadzire industrijski dio mreže (I) pomoću backend servera (70), koji je glavna komponenta istog, koja izvršava svu poslovnu logiku. Backend server vezan je preko brokera poruka i vatrozida smještenih na strani sustava u oblaku (C) za vatrozid postavljen ispred spomenutih gateway komponenti industrijskog dijela mreže (I). Dio sustava smješten u oblak (C) posjeduje frontend server čija programska podrška služi za prikaz podataka sa backend servera na koji je frontend server vezan, gdje jedan ili više klijenata sustava pristupaju podacima putem vatrozida prema spomenutom frontend serveru uz podršku autentifikacijskog servera zaduženog za autorizaciju pristupa podatcima sustava od strane korisnika prema backend serveru. Uloga servera s bazom podataka je pohrana i čuvanje svih podataka sustava generiranih u vremenu; od podataka mjernih uređaja, vremena pristupa, zdravlja sustava pa sve do vremena pristupanja podacima od strane svakog od klijenata.

Sve gore pobrojane komponente međusobno se otkrivaju koristeći Service Discovery i same komponente ne znaju za međusobne pozicije osim mrežne pozicije Service Discovery servera.

U predmetnom sustavu prilikom preuzimanja očitanja sa mjernih uređaja sustav u oblaku (C) provjerava postoje li kritični alarmi na tim očitanjima, te ukoliko postoje – sustav pokreće alarme koji se šalju odabranim kanalom komunikacije klijentima.

U jednoj varijanti prema izumu, unutar industrijskog dijela mreže (I) implementira se jedan ili više ERP sustav u formi računala koje pokreću poslovni softver kojem je namjena integriranje aktivnosti različitih odjela industrijskog dijela. Ta programska logika vrši odlučivanja koje su dijelom zasnovana na podacima prikupljenim s jedne ili više gateway komponenti koje nadziru odabrani set mjernih uređaja.

1.5 Opis slika

Cijeli sustav opisan je sa slikama koje ilustriraju kako arhitekturu sustava tako i mogućnosti programske podrške uključene u spomenuti arhitekturu. Opis slika dan je niže:

Slika 1 prikazuje arhitekturu sustava.

Slike 2A-2D prikazuju brzi pregled i globalnu pretragu specificiranu kroz Primjer 1 i Primjer 2.

Slike 3A-3H ilustriraju Primjer 3 - upravljanje korisnicima.

Slike 4A-4B ilustriraju Primjer 4 - upravljanje korisničkim grupama.

Slike 5A-5F ilustriraju Primjer 5 – grupiranje mjernih uređaja u hijerarhije.

Slike 6A-6D ilustriraju Primjer 6 - upravljanje ovlaštenjima za pregled podataka.

Slike 7A-7R ilustriraju Primjer 7 - nadzorna ploča i kartice (widgeti).

Slike 8A-8K ilustriraju Primjer 8 – Vremenski filtri.

Slike 9A-9L ilustriraju Primjer 9 – Grafički izvještaji.

Slike 10A-10D ilustriraju Primjer 10 – Analiza korelacije.

Slike 11A-11H ilustriraju Primjer 11 – Izvještaji dolaznih podataka.

Slike 12A-12C ilustriraju Primjer 12 – Izvještaj graničnih vrijednosti.

Slike 13A-13H ilustriraju Primjer 13 – Izvještaj o statusu uređaja.

Slike 14A-14C ilustriraju Primjer 14 - Izvještaj o stanju brojila.

Slike 15A-15F ilustriraju Primjer 15 - Upravljanje periodičkim slanjem izvještaja (SCHEDULING).

Slike 16A-16D ilustriraju Primjer 16 - Postavljanje lokacije tvrtke i uređaja.

Slike 17A-17D ilustriraju Primjer 17 - Lokacijski izvještaji.

Slike 18A-18K ilustriraju Primjer 18 – Zone.

Slike 19A-19D ilustriraju Primjer 19 – Prediktivni modeli i analitika.

1.6 Detaljan opis izuma

Predmetni izum odnosi se na IoT (eng. Internet of Things, vidjeti https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things) platformu za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor uređaja. Sustav je osmišljen i implementiran na način da omogućava prilagodbu različitim profilima korisnika; primjerice onima koji koriste samo energente, onima koji koriste i re-distribuiraju iste, uključivo i one koji nadziru same procese, recimo dobavu i odvodnju - npr. ukoliko se radi o vodi kao procesnom parametru. Platforma prema predmetnom izumu se po potrebi integrira sa sustavima za naprednu podršku planiranju, pripremi, izvršenju i nadzoru operativnih isporuka proizvoda, usluga i projekata i podršku upravljanju lancem vrijednosti poslovne organizacije u realnom vremenu.

Rješenje prema predmetnom izumu čini sustav ključ-u-ruke od prikupljanja podataka do njihove analize i planiranja buduće potrošnje kao i usporedbu s unesenim ciljnim vrijednostima u realnom vremenu. Rješenje omogućava podršku za sve najčešće korištene vrste energenata, proizvođače mjerila i senzora, kao i za mehanizme prijenosa podataka i podatkovne protokole koji čine ovaj sustav mogućim.

Neke od prednosti ovdje izložene arhitekture sustava jesu:

− unificirano sučelje i baza podataka svih energenata u proizvodnji odnosno primjeni;

− normiranje potrošnje na razinu proizvodne jedinice i/ili proizvodnog procesa;

− signalizaciju i obavještavanje korisnika u slučaju odstupanja od prethodno definiranih parametara;

− brzo dobivanje potrebnih informacija i donošenje odluka na temelju podataka u realnom vremenu;

− mogućnost procjene buduće potrošnje koje se predaje dobavljačima energenta, recimo u slučaju plina ili režijskih troškova vode;

− mogućnost nadgledanja potrošnje energenata u proizvodnji s mogućnosti praćenja ključnih parametara procesa;

− mogućnost integracija više linija, proizvodnih odjela ili tvornica u jednu logičku cjelinu praćenja;

− centralizirani prikaz potrošnje po svim objektima na različitim lokacijama, kroz različite organizacijske cjeline (višestruke hijerarhije); te konačno,

− prikupljanje podataka u proizvodnji obnovljivih izvora energije te procjena efikasnosti pojedinih jedinica kao što su primjerice solarni paneli, vjetroelektrane i drugi obnovljivi izvori.

Platforma je dizajnirana da može raditi s bilo kakvom vrstom mjerenja i diskretnih podataka (signala) i u tom smislu je standardna IoT platforma poglavito usmjerena na mogućnosti uštede troškova s izravnom primjenom u širok raspon poslovnih procesa.

Kao krajnji korisnici ove platforme, identificirani su:

- prerađivačko-proizvodna industrija,

- ugostiteljstvo,

- distribucija, logistika i transport, prodaja,

- uredi, te lokalna i javna uprava (zgradarstvo).

Sljedeći krug korisnika jesu pružatelji usluga, posebno komunalnih sustava distribucije (voda, plin, struja, …), te tvrtke koje se bave upravljanjem objektima. Nekako na samom kraju su to i društveno osviještene tvrtke koje brinu za okoliš i teže certificiranju ili su u procesu re-certificiranja normi ISO 50001 [Energetska učinkovitost], odnosno ISO 14001[sustav upravljanja okolišem].

Arhitektura sustava je prikazana na slici 1. Sustav se sastoji od industrijskog dijela mreže (I), sustava u oblaku (C) u kojem se odvijaju sve potrebne radnje te vanjskih klijenata – korisnika predmetnog sustava.

Industrijski dio mreže (I)

Industrijski dio mreže (I) sastoji se od mnoštva mjernih uređaja (10) smještenih na definiranim fizičkim lokacijama (k) kojih može biti proizvoljan broj. Označavat ćemo takve mjerne uređaje bez nekog specifičnog broja vezanog za lokaciju; na način da svaki mjerni uređaj ima svoj ID; npr. (10.123) dok će unutar sustava, u oblaku (C), biti zabilježena lokacija samog uređaja. Korišteni mjerni uređaji (10.i) sastoje se od mjerne sonde ili drugog tipa uređaja (npr. brojač) koji analognu fizikalnu veličinu digitaliziraju s dovoljnom točnošću za potrebe mjernog mjesta. Nadalje, mjerni uređaji posjeduju elektroničko sklopovlje (hardware) koje omogućava da mjerenu veličinu mogu proslijediti, izabranim protokolom i nosačem informacije, na jedan od gateway-a (20.k). Pod engleskim terminom „gateway“ podrazumijevamo uređaj za povezivanje dvaju sustava koji se koristi različitim protokolima.

U realizaciji sustav je dizajniran dovoljno fleksibilno da broj i način konekcija mjernih uređaja (10.i) prema nekom gatewayu (20.k) dozvoljava slobodu u arhitekturi, kompatibilnosti i korištenje svih industrijskih standarda; žičnih, bežičnih, redundantnih ukoliko to zahtjeva mjerno mjesto s odgovarajućim komunikacijskim protokolima. Mjerni uređaji mogu biti neki izabrani iz skupine koju čine: vodomjeri, plinomjeri, strujomjeri, … , pa sve do specifičnih mjernih mjesta koje mjere npr. vlagu, temperaturu, insolaciju itd. Nema ograničenja s obzirom na karakter podataka koji mogu biti ulazna mjerna veličina. Sama platforma je projektirana na način da je doista jedini uvjet da u nekom momentu mjerni uređaj (10.i) dostavlja digitalnu informaciju koja predstavlja „mjeru“ neke praćene varijable u sam sustav. Mnoštvo mjernih uređaj predstavlja bitan dio IoT strukture koja čini bazu za realizaciju predmetnog izuma.

Svaka gateway komponenta (20) je razvijena kao samostalna komponenta za svaku lokaciju i/ili tvrtku gdje se platforma prema predmetnom izumu koristi. Gateway komponente (20.k) se automatski prijavljuju putem Service Discovery protokola u mrežu. One kontinuirane očitavaju ili zaprimaju podatke sa različitih tipova mjernih uređaja (10.i). Po primitku ili očitanju nekog uređaja (10.i), gateway komponenta (20) parsira zaprimljenu poruku koristeći parser po vrsti mjernog uređaja. Parsiranje ili sintaksna analiza koristi se da se očitani podaci adekvatno strukturiraju. Sam parser je moguće dinamički mijenjati te prenositi preko mreže što čini gateway komponente (20) visoko prilagodljive u ovisnosti o uređajima koje treba očitavati. Nakon što određena gateway komponenta (20) zaprimi i parsira poruku, poruka se u procesu parsiranja prevodi u standardizirani format očitanja pogodan za slanje prema backend komponenti (70) sustava. Poželjno je sustav koncipirati na način da svaka gateway komponenta (20) agregira očitanja u jednu veću poruku koju onda periodički šalje čime se optimira korištenje mrežnih resursa. Neke od prednosti ovakvih gateway komponenti (20) pobrojane su niže:

a) Gateway komponenta (20) je proizvoljno proširiva novim skriptama za parsiranje, ovo omogućuje da jednom postavljena gateway komponenta (20) na nekoj lokaciju bude dugoročno relevantna za prikupljanje i obradu podataka.

b) Gateway komponentu (20) je moguće instalirati in situ ili na cloudu.

c) U slučaju ispada Internet pristupa, gateway komponenta (20) in situ nastavlja obavljati svoj posao te prosljeđuje poruke po oporavku pristupa Internetu.

d) U slučaju pada servera gateway komponente (20), gateway po ponovnom pokretanju automatski pročita svoju konfiguraciju te nastavlja rad.

e) IP adresa gateway komponente (20) može biti promjenjiva, komponente se međusobno otkrivaju preko Service Discovery komponente sustava.

f) Moguće je provesti agregiranje očitanja radi manjeg opterećenja servera.

Industrijski dio mreže (I) sadržava, uz prethodno spomenuto mnoštvo mjernih uređaja (10.i), više gateway komponenti (20.1, 20.2, …), koje su povezane vatrozidom (50) prema dijelu sustava koji se nalazi u oblaku. Uloga vatrozida (50) (eng. firewall) je da filtrira mrežni promet tako da se stvori sigurnosna zona, u ovom slučaju prema industrijskom dijelu mreže (I). Opcijski, moguće je implementirati unutar industrijskog dijela mreže (I) jedan ili više ERP sustav (40) (eng. Enterprise Resource Planning) u formi računala koje pokreću poslovni softver kojem je namjena integriranje aktivnosti različitih odjela; primjerice nabave, upravljanja zalihama, distribucije proizvoda, praćenje narudžbi te proizvodnja, itd. ERP sustav (40) vrši odlučivanja koje su dijelom zasnovana i na podacima prikupljenim s jedne ili više gateway komponente (20.1, 20.2, …) koje nadziru odabrani set mjernih uređaja (10.i, 10.i+1, …), naravno, ukoliko je takav input u ERP sustav (40) koristan.

Sustav u oblaku (C)

Podatkovni ulazi i izlazi prema sustavu koje se nalazi u oblaku (C) zaštićeni su odgovarajućim vatrozidom (50', 50“); vidjeti sliku 1.

Kada gledamo arhitekturu dijela sustava koja se nalazi u oblaku (C), slika 1, ista se sastoji od slijedećih osnovnih komponenti: autentifikacijski server (80), frontend server (60), backend server (70), brokera poruka (30) i servera s bazom podataka (90).

Sve komponente se međusobno otkrivaju koristeći Service Discovery, kao uostalom i prethodno opisane gateway komponente (20), a komponente ne znaju za međusobne pozicije osim pozicije Service Discovery servera. Prilikom pokretanja komponente se prijavljuju na glavni Service Discovery server koji nakon toga održava tzv. „health check“ prema komponentama i bilježi stanje cjelokupnog sustava. Ovakav pristup omogućuje veću izdržljivost na ispade, lakše horizontalno skaliranje i viši stupanj raspoloživosti sustava. Komunikacija između komponenti se odvija koristeći REST (eng. REpresentational State Transfer, propisana arhitektura mrežnih servisa) preko SSL (eng. Secure Sockets Layer) koristeći OAuth2 industrijski standard za autorizaciju i autentifikaciju; vidjeti više na https://oauth.net/2/

Backend server (70) je glavna komponenta koja izvršava poslovnu logiku sustava. Ova komponenta preuzima sva očitanja sa brokera poruka (30) na koji su gateway komponente (20.k) dostavile podatke s mjernih uređaja (10.i), a preko serije vatrozidova (50, 50'). Prilikom preuzimanja očitanja backend server (70) provjerava postoje li kritični alarmi na tim očitanjima. Ukoliko postoje, backend server (70) pokreće zadane alarme koji se šalju odabranim kanalom komunikacije klijentima; npr. putem e-pošte, SMS-om, ili izravnim prikazom u aplikaciji – što ćemo diskutirani kasnije.

Sama obrada zaprimljenih očitanja je važan dio ukupnog sustava te je prilikom izrade posvećeno značajno vrijeme optimizacijama i poboljšanjima ove obrade. Neka od značajnijih programskih rješenja unutar obrade u backend serveru (70) popisana niže:

a) Podaci s mjernih uređaja (10.i) koji pristignu sa zakašnjenjem, a već postoji noviji podatak od trenutno primljenog, pokreću ponovnu obradu podataka od trenutka prije zakašnjelog podatka. Ovo osigurava najveći stupanj točnosti obrađenih podataka.

b) Obrada određuje stanje brojila ili mjerila jednom u četvrt sata, ovo znači kako obrada radi procjenu u kojem bi stanju brojilo bilo kada bi se očitalo točno u četvrt sata. Spomenuta opcija je potrebna jer dinamika očitanja ne odgovara nužno izvještajnoj dinamici. Obrada koristi postojeće i prošle podatke kako bi aproksimirala stanje u četvrt sata i eventualno detektirala problem u sustavu.

c) U slučaju gubitka podataka za određeni period, obrada rekonstruira podatke u periodu između koristeći neke od produktivnih metoda poznatih u stanju tehnike; od jednostavnih interpolacija do kompleksnijih neuralnih mreža.

Frontend server (60) i pripadajuća frontend aplikacija - programska logika - služi za prikaz podataka sa backend aplikacije. To je glavno sučelje koje korisnik koristi, koji se nalazi iza vatrozida (50“) i pristupa frontend serveru (60) preko vlastitog sustava ili uređaja (100). Frontend aplikacija je izvedena fleksibilno te podržava različite rezolucije uređaja, uključujući i mobilne uređaje. Zbog male veličine mobilnih ekrana, određene funkcionalnosti na mobilnim uređajima nisu omogućene o čemu je korisnik (klijent) unaprijed obavješten.

Broker poruka (30) (eng. message broker ili integration broker) je računalni program (komponenta sustava), koji je pokrenut na izabranom računalu, s ulogom da preuzima poruke od drugih aplikacija ili komponenti sustava i upravlja tim porukama. Kako je izrijekom navedeno na https://en.wikipedia.org/wiki/Message_broker primjer korištenja brokera poruka je upravljanje redom rada (workload queue) ili redom poruka (message queue) za više različitih primatelja, omogućujući i pouzdanu pohranu, garantiranu isporuku poruka i upravljanje transakcijskom shemom poruka u cijelosti.

Autentifikacijski server (80) zadužen je za autorizaciju pristupa podatcima sustava od strane korisnika / klijenata (100) prema backend serveru (70). Uloga servera s bazom podataka (90) je pohrana i čuvanje svih podataka sustava u vremenu; od podataka mjernih uređaja (10.i), vremena pristupa, zdravlja sustava pa sve do vremena pristupanja podacima od strane svakog od klijenata (100.j).

Prosječan stručnjak područja prama shemi prikazanoj na slici 1 može bez uvođenja dodatnih pretpostavki formirati prethodno opisan sustav.

U svezi sa korištenim protokolima razmjene podataka, uobičajeno je koristiti HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) vezu između klijenata (100.j), preko vatrozida (50“) do frontend servera (60). Isto tako, poželjno je koristiti spomenuti HTTPS i za vezu frontend servera (60) i backend servera (70).

Broker poruka (30) komunicira putem AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) prema backend serveru (70) s jedne strane, te preko vatrozida (50') prema gateway komponentama (20.k). AMQP (https://www.amqp.org/about/what) je otvoreni standard za prosljeđivanje poruka između aplikacija ili organizacija. Koristi se za pouzdano povezivanje razdvojenih sustava.

Server s bazom podataka (90) vezan je na backend server (70) npr. TCP/TDS (eng. Transmission Control Protocol (TCP) / Tabular Data Stream (TDS)). Veza prema autentifikacijskom serveru ostvaruje se putem OATH2/HTTPS.

Po potrebi koristi se i Microsoft Active Directory (AD) za autentifikaciju i autorizaciju korisnika u mreži i upravljanje sigurnosnim odredbama sustava.

Definicija korištenih pojmova

Uređaj je fizički uređaj koji se instalira na određenoj lokaciji kako bi prikupljao podatke sa niza mjerila ili senzora.

Mjerenje izvršeno na npr. vodomjeru, plinomjeru, brojilu struje, senzoru temperature, predstavlja jednu mjerenu veličinu. To primjerice može biti uređaj koji se instalirao da mjeri potrošnju vode (očitava sa vodomjera) ili mjeri napon (očitava bateriju uređaja). Svaki očitani mjerni podatak se pridjeljuje određenom mjerenju.

Mjerni podatak je očitani podatak sa određenog mjerenja, npr. stanje vodomjera u određenom trenutku ili stanje senzora temperature u određenom trenutku.

Virtualno mjerenje je mjerenje koje se kreiralo računskim putem na temelju drugih mjerenja, naprimjer moguće je zbrojiti podatke sa više vodomjera u zgradi na jedno virtualno mjerenje koje predstavlja cijelu zgradu.

Ručno mjerenje je mjerenje koje se ručno unosi određenom dinamikom; npr. analogni vodomjer koji se očitava ručno ulaskom u zdenac.

Normativ je omjer između dva mjerenja, najčešće se koristi za izražavanje i praćenje ključnih indikatora uspješnosti, npr. efikasnost nekog procesa ili količine škarta.

Zona je koncept geografski omeđenog područja koje može imati ulazna, izlazna ili kontrolna mjerenja. Primjerice pomoću zone je moguće modelirati DMA zonu (eng. District Metering Area / hrv. izdvojena mjerena zona) te koristiti za analize i predikcije. Zone se mogu koristiti na izvještajima na način da platforma automatski dohvati sve potrošnje za uređaje unutar zone, nakon čega ih zbraja ili oduzima ovisno o definiranim pravilima i želji klijenata.

Lokacija – mjerno mjesto na kojemu se nalaze uređaji, lokacijama je moguće odrediti koje mjerne veličine se mjere na svakoj od lokacija.

Granulacija – razina grupiranja podataka, primjerice granulacija „dan“ znači kako će podaci biti sažeti na razinu dana te će u grafovima biti prikazan jedan podatak za jedno mjerenje za jedan dan.

Vremenski filtar – omogućuje filtriranje podataka koristeći periodički definirane uvjete (npr. svaku noć od 1h do 5h). Ovaj filtar se može koristiti prilikom dohvata na bilo kojem izvještaju.

Specifičnosti: Podaci se obrađuju za izvještaje na period 15 minuta, za potrebe izvještavanja svi se podaci „live“ obrađuju bez među-tablica koje čuvaju potrošnje na razini dan, tjedan, mjesec, kvartal ili godina. Ovo rješenje omogućuje napredne mogućnosti filtriranja i agregiranja podataka po različitim kriterijima, naprimjer ukupna potrošnja u godini za sve vikende od 16 do 20h. Korištenje query-a (upita) koji svaki put filtriraju nad izvještajnim podacima na razini od 15 minuta omogućuju sigurnost oko točnosti podataka.

Zajedničke funkcionalnosti i primjeri izvođenja

Dizajnirani sustav koji je prethodno opisan omogućuje mnoštvo funkcionalnosti, od jednostavnih do kompleksnih. U ovoj sekciji osvrnut ćemo se i na neke značajke dizajniranog sustava kroz prizmu iskustva korisnika-klijenta (100.i). Sustav će biti opisan serijom slika koje ilustriraju funkcionalnost i fleksibilnost sustava na način da prosječan stručnjak područja (programer) može bez uvođenja dodatnih pretpostavki formirati sustav jednake funkcionalnosti sa računalnim programima u interakciji, a koji se „vrte“ na za to prije opisanim dijelovima sustava.

Primjer 1 - Brzi pregled

Na različitim dimenzijama zaslona, sustav omogućava funkcionalnost brzog pregleda. Ova funkcionalnost na nadzornoj ploči se može otvoriti klikom na iznos u karticama za prikaz vrijednosti mjerenja. Na slici 2A prikazan je primjer brzog pregleda potrošnje. Na slici 2B prikazan je izvadak iz tablice za jedan pojedini mjerni uređaj (10), konkretno vodomjer koji je moguće pokrenuti selektiranjem imena, recimo klikom na ime unutar aplikacije koje je dostupna klijentu.

Nakon otvaranja brzog pregleda, vidljivi su i svi detalji o otvorenom mjerenju, zoni ili drugim podacima. Ovdje je također moguće ući u detalje o sastavnicama pojedinog mjerenja, slika 2B, zone ili virtualnog mjerenja koristeći opcije za imena pojedinih stavki; vidjeti primjer izvođenja na slici 2C. Brzi pregled omogućuje i promjenu grafičkog prikaza koristeći unaprijed određene periode i granulacije. Još jedna mogućnost je klik na ikonicu za izmjenu (gore desno, slika 2C) koja će otvoriti formu za izmjenu navedenog mjerenja, zone ili drugog prikazivanog podatka.

Primjer 2 - Globalna pretraga

Sustav omogućuje korištenje globalne pretrage. Ova globalna pretraga pretražuje različite objekte unutar aplikacije te nudi rezultate u ovisnosti o pronađenim vrijednostima. Za prikazive vrijednosti (mjerenja, zone, normativi, …) selektiranje nekog imena otvara brzi pregled za te prikazive vrijednosti, a pokretanje ikone za editiranje desno od imena otvara formu za izmjenu pojedinog mjerenja, zone ili drugog entiteta. Primjer sučelja za takve globalne pretrage prikazan je na slici 2D.

Većina mjernih sustava koje trenutno susrećemo u upotrebi sadržava isključivo ove dvije osnovne funkcionalnosti koje nije moguće u cijelosti iskoristiti bez nadogradnje prikazane primjerima niže, a jedna od njih je svakako upravljanje korisnicima i ovlastima unutar sustava.

Svaki korisnik sustava prema predmetnom izumu mora imati svoj korisnički račun te jasno određene ovlasti koje mu omogućavaju rad u sustavu. Korisnik pripada jednoj ili više korisničkih grupa te kroz njih dobiva prava na određene akcije u sustavu (npr. kreiranje i/ili editiranje drugih korisnika, dodavanje novih uređaja, pregled određenih izvještaja itd.). Također, korisniku se može dozvoliti/zabraniti da vidi određene uređaje ili mjerenja korištenjem grupa uređaja.

Primjer 3 – Upravljanje korisnicima

Za pregled korisnika potrebno je u lijevom izborniku aplikacije odabrati Upravljanje – Korisnici, slika 3A. Korisnici se prikazuju u tablici sa svojim glavnim značajkama. Postojeće korisnike moguće je editirati ili obrisati, a klikom na gumb „dodaj“ moguće je kreirati novog korisnika kako je to prikazano strelicom na slici 3B. Isto tako, da bismo pretražili korisnike, upisujemo pojam za pretraživanje u označeno polje. Pretraživanje se izvršava tijekom samog postupka unosa, kako je prikazano na slici 3C.

Stupce koji se prikazuju u tablici s korisnicima možemo odabrati klikom na padajući meni kako je to prikazano na slici 3D.

Kod dodavanja novog korisnika, unosimo ime, prezime, korisničko ime i lozinku za korisnika. Također je potrebno odabrati jezik na kojem će se prikazivati korisničko sučelje, a koji korisnik može kasnije i sam promijeniti, te odabrati želimo li da korisnik bude aktivan ili neaktivan („Stanje korisnika“). Korisnik koji je unesen kao neaktivan ili je kasnije deaktiviran, ne može se ulogirati u sustav do promjene ove postavke. Postavljanje ovih postavki prikazano je na slici 3E, gdje je „stanje korisnika“ označeno bojom, npr. zelenom za aktivan kao na slici 3E što se ovdje vidi kao tamna pozadina klizača. Iz padajućeg izbornika „Korisničke grupe“ potrebno je odabrati jednu ili više korisničkih grupa, a svaka grupa nosi sa sobom prava na određene funkcije u sustavu; kako je to prikazano na slici 3F.

Izbor autorizacijske grupe uređaja daje korisniku prava nad određenim uređajima i mjerenjima, vidjeti sliku 3G. Za detalje o hijerarhiji grupa uređaja, više će biti rečeno u jednom sljedećih poglavlja. Kada su sve postavke odabrane, potrebno je spremiti korisnika klikom na gumb „Spremi“. Novi korisnik će biti prikazan u tablici korisnika i, ukoliko je definiran kao aktivan korisnik, može se ulogirati u sustav i započeti sa korištenjem sustava; kako je to vidljivo na slici 3H.

Primjer 4 – Upravljanje korisničkim grupama

Za upravljanje korisničkim grupama, potrebno je u lijevom izborniku kliknuti Upravljanje – Korisničke grupe. Slično kao kod korisnika, moguće je pretraživati listu grupa, odabrati prikazane stupce te editirati, obrisati ili dodati novu korisničku grupu; vidjeti sliku 4A. Na formi za unos ili editiranje korisničke grupe potrebno je unijeti ime i opis grupe, te dodati jednu ili više ovlasti iz padajućeg izbornika; vidjeti sliku 4B.

Primjer 5 – Grupiranje mjernih uređaja u hijerarhije

Sustav prema predmetnom izumu omogućava definiranje hijerarhije grupa uređaja sa proizvoljnim brojem razina hijerarhije. Svaka grupa uređaja može sadržavati jedan ili više uređaja, a svaki uređaj jedno ili više mjerenja. Grupe uređaja koriste se za davanje prava korisnicima. Korisnik pri tom „vidi“ sve uređaje i mjerenja koji se nalaze ispod dodijeljene korisničke razine za predmetnog korisnika. Grupama uređaja pristupamo odabirom: Konfiguracija – Uređaji – Hijerarhija uređaja, u lijevom izborniku kako je to prikazano slikom 5A.

Ukoliko želimo dodati grupu uređaja na samom vrhu hijerarhije, to možemo učiniti kroz opciju „Kreiraj početnu grupu“, a ukoliko istu želimo kreirati na bilo kojoj drugoj razini odabiremo grupu uređaja za koju želimo na bude nadređena novoj grupi i koristimo opciju „Dodaj grupu uređaja“ pored odabrane nadređene grupe; vidjeti sliku 5B. U oba slučaja unos grupe uređaja je istovjetan: unosimo naziv, opis te stanje (aktivno/neaktivno) te kliknemo „Spremi“; slika 5C. Time je kreirana nova grupa uređaja koja se prikazuje u hijerarhiji na mjestu na kojem je dodana; vidjeti situaciju prikazanu na slici 5D. Na slici 5E vidimo potpunu hijerarhiju uređaja i mjerenja. Uređaji i mjerenja označeni su drugačijom ikonom nego što je to slučaj kod grupe uređaja. Uređaji su uvijek podređeni grupama uređaja. Predloženi sustav omogućava premještanje u hijerarhiji grupa uređaja korištenjem tzv. „drag-and-drop“ (D&D) funkcionalnosti; vidjeti sliku 5F gdje se primjerice grupa uređaja iz iste ulice prebacuje D&D načinom. Na ovaj način možemo organizirati uređaje u sustavu te dozvoliti određenim korisnicima pristup određenoj grupi uređaja na bilo kojoj razini.

Primjer 6 - Upravljanje ovlaštenjima za pregled podataka

Upravljanje ovlaštenjima za pregled podataka također je jedna od interesantnijih funkcionalnosti sustava. Kako bismo povezali korisnike i grupe uređaja, u lijevom izborniku odabiremo Konfiguracija – Uređaji – Autorizacija grupe uređaja. Da bismo dodali novu autorizaciju potrebno je kliknuti na gumb „Dodaj“ kako je to prikazano na slici 6A. Na formi unosimo Naziv i Opis nove autorizacije. U desni stupac sekcije „Grupe uređaja“ dodajemo grupe uređaja na koje se ova autorizacija odnosi. Dodavanje se izvršava na način da kliknemo na grupu u lijevom stupcu te se ona prebacuje u desni, slika 6B. Sustav omogućava vrlo jednostavno i intuitivno dodavanje i uklanjanje grupa što obavljamo prebacivanjem iz lijevog u desni stupac i obrnuto, vidjeti sliku 6C. Na sličan način dodajemo korisnike u desni stupac sekcije „Korisnici“ kako bismo ih povezali sa obranim grupama uređaja; vidjeti sliku 6D.

Primjer 7 - Nadzorna ploča i kartice (widgeti)

Sustav prema predmetnom izumu omogućava dodavanje različitih kartica (eng. Widget) na nadzornu ploču. Kartice služe za prikaz podataka o mjerenjima, KPI-evima (eng. KPI - key performance indicators ili ključni pokazatelji poslovanja), ali i statusima uređaja te lokacijama i oznakama uređaja na lokacijama. Na slici 7A prikazana je nadzorna ploča s više kartica. Korisnik ima mogućnost smanjivanja ili povećavanja pojedine kartice na ploči, te pomicanja odnosno preslagivanja kartica na nadzornoj ploči uz D&D sistem, vidjeti sliku 7B.

Kod dodavanja nove kartice na nadzornu ploču, korisnik prvo mora odabrati tip elementa tj. kartice. Nakon odabira elementa, za svaki tip kartice potrebno je definirati postavke za prikaz. Postavke se razlikuju od tipa do tipa. Na slici 7C nalazi se takav primjer izbornika za odabira elemenata. Jednom odabrani element ima mogućnosti usporedbe trenutne vrijednosti mjerenja s nekim ranijim periodom, vidjeti sliku 7D.

Na opisani način moguće je generirati niz dodatnih kartica na nadzornoj ploči, recimo na način kako je to prikazano slikom 7E.

Kada se želi baratati s KPI, slično kao kod kartice za prikaz mjerenja, potrebno je odabrati mjerenje, zatim definirati želimo li KPI vrijednosti mjerenja ili iznosa potrošnje u valuti, te odabrati mjesec za koji želimo promatrati KPI; vidjeti sliku 7F.

Predmetni sustav omogućava i generiranje kartica za tablični prikaz. Za tablični prikaz mjerenja potrebno je odabrati jedno ili više mjerenja, a na prikazu ćemo dobiti tablicu sa iznosima mjerenja, npr. po pojedinim mjesecima u tekućoj godini; vidjeti sliku 7G. Izgled kartice na nadzornoj ploči prikazan je na slici 7H.

Sustav nadalje omogućava kartice usmjerene na grafički prikaz, recimo, generiranje linijskog grafa koji predstavlja pojednostavljenu varijantu grafičke analize. Za njegovo pokretanje, potrebno je odabrati:

- jedno ili više mjerenja;

- zadati grupiranje mjernih točaka (godina, kvartal, mjesec, tjedan, dan, sat ili četvrt sata); te

- vremenski period iz padajućeg menija.

Na slici 7I prikazano je gore spomenuti odabir, a na slici 7J prikazan rezultat - izgled kartice na nadzornoj ploči.

Na identičan način moguće je izraditi kružni graf; vidjeti slike 7K i 7L; odnosno stupčasti graf vidjeti slike 7M i 7N.

Sustav nadalje omogućava i kartice za lokacije uređaja. Za ovu karticu potrebno je podesiti kartu tako da prikazuje područje koje želimo. Ukoliko želimo vidjeti koji su uređaji uopće dostupni u tom području (preview opcija) potrebno je kliknuti "Prikaži markere"; vidjeti sliku 7O gdje će se prikazati izgled kartice na nadzornoj ploči; slika 7P.

Sustav nadalje omogućava i kartice sa statusima uređaja. Takva kartica će prikazati statuse svih postojećih uređaja, osim ako (opcionalno) odaberemo određenu zonu, filtrirati uređaje i prikazati samo one koje se nalaze na području neke od zona definiranih u sustavu kako je to prikazano na slika 7Q. Izgled kartice na nadzornoj ploči prikazana je na slici 7R.

Primjer 8 – Vremenski filtri

Vremenski filtri koriste se kod različitih izvještaja kako bi se prikazali podaci samo za određena razdoblja u tjednu ili danu, npr. radne dane ili vikende. Na taj način možemo analizirati podatke u smanjenom obimu i intuitivno odabrati podatke koji nas interesiraju.

Da bismo definirali ili uređivali vremenske filtre potrebno je lijevom izborniku odabrati Konfiguracija – Vremenski filtri. Vremenski filtri mogu biti privatni ili javni: javni su vidljivi svim korisnicima, a privatni samo korisniku koji ih je kreirao; vidjeti sliku 8A u tom smislu. Da bismo dodali novi vremenski filtar potrebno je kliknuti gumb „Dodaj“. Nakon toga unosimo ime i opis vremenskog filtra i definiramo je li isti javan ili privatni, slika 8B. Periode unosimo klikom na gumb „Unesite barem jednu stavku“. Kod unosa stavke, moramo odabrati jedan ili više dana u tjednu te početak i kraj perioda u tom danu, slika 8C. Kod unosa vremena početka i kraja perioda (klikom na ikonu sata), odabiremo na brojčaniku prvo sat, a zatim minute te kliknemo „Postavi“ kako bismo dovršili odabir, slika 8D. Nakon odabira vremena potrebno je kliknuti „Dodaj“, slika 8E.

Za svaki odabrani dan u tjednu dodan je po jedan period kao na slici 8F. Periode možemo uklanjati ili dodati nove klikom na „Dodaj“. Kada su svi periodu definirani potrebno je kliknuti „Spremi“. Vidljivost vremenskog filtra može se promijeniti i u tablici filtara klikom na ikonu ključa pored svakog od filtara. Također je moguće vizualno prikazati sve definirane vremenske filtre klikom na gumb „Kalendar“; vidjeti sliku 8G.

Ovko koncipiran sustav omogućava mjesečni, tjedni, i dnevni prikaz liste perioda za odabrano vremensko razdoblje u kalendaru; vidjeti slike 8H, 8I, 8J. Vremenske filtre koristimo u različitim izvještajima, npr. kod grafičkih analiza gdje uz ostale parametre izvještaja možemo odabrati vremenski filtar te na taj način prikazati vremenske serije samo za odabrana razdoblja u tjednu kako je to prikazano na slici 8K.

Primjer 9 – Grafički izvještaji

Sustav omogućava kreiranje širokog spektra grafičkih izvještaja sa sljedećim vrstama analiza:

- analiza vremenskih serija – omogućava prikaz i usporedbu različitih mjerenja kroz vrijeme;

- analiza korelacije – omogućava prikaz zavisnosti između dva mjerenja; te

- analiza toplinske karte – omogućava prikaz ovisnosti razine mjerenja u matrici gdje vertikalna os predstavlja vrijeme unutar dana, horizontalna os datum u godini, a boja intenzitet.

Grafički izvještaji mogu sadržavati više različitih analiza. Na prikazu liste izvještaja korisnik može:

- pretraživati izvještaje;

- kreirati nove izvještaj;

- editirati postojeće izvještaj;

- obrisati izvještaje (osim ako ga je kreirao neki drugi korisnik);

- promijeniti vidljivost izvještaja iz privatnog u javni (vidljiv svim korisnicima), i obrnuto.

Gornje opcije ilustrirane su slikom 9A.

Kod kreiranja novog izvještaja, vidjeti sliku 9B, potrebno je:

- unijeti naziv izvještaja;

- definirati vidljivost izvještaja (vidljiv samo za trenutnog korisnika, ili za sve korisnike); te

- dodati barem jednu analizu (vremenske serije ili korelacijski izvještaj, ili toplinsku kartu).

Izvještaj o vremenskim serijama, vidjeti sliku 9C, sastoji se od:

- linijskog ili stupčastog grafa na kojem su prikazana sva odabrana mjerenja;

- tablice sa sumarnim podacima (za cijeli period) za pojedina mjerenja; te

- tablice sa točnim iznosima mjerenja u pojedinim vremenskim razdobljima.

Sustav je koncipiran na način da korisnik može definirati period izvještavanja na 2 načina; npr. odabrati prošli period iz padajućeg izbornika (danas, jučer, trenutni tjedan itd.) ili unijeti početak i kraj perioda ručno, kako je to prikazano na slici 9D.

Podaci se mogu grupirati u veće ili manje periode u (gore) odabranom vremenskom intervalu; npr. 1/4 sata, dan, tjedan, mjesec, kvartal, godina; kako je to prikazano na slici 9E. Postavke izvještaja također omogućavaju odabir vremenskog filtra iz padajućeg izbornika, npr. prikaz podataka samo na dane vikenda, samo na radne dane i slično, vidjeti sliku 9F.

Mjerenja koja želimo prikazati mijenjamo ili dodajemo klikom na “Odaberi stavku” kako je prikazano na slici 9G. Možemo odabrati proizvoljan broj mjerenja. Kod odabira stavki možemo se poslužiti filtriranjem po tipu ili jednostavnim pretraživanjem, a ranije odabrana mjerenja možemo ukloniti kako je prikazano na slici 9H.

Na slici 9I prikazan je primjer izvještaja u kojem je primijenjen filtar “Vikendi”. Vidljivo je da postoje samo podaci u periodima koji su označeni kao vikendi (obojeno sivo). Prikaz svakog pojedinog mjerenja na grafu možemo promijeniti iz linijskog prikaza u stupčasti i obrnuto, kako je prikazano na slici 9J. Postoji nekoliko varijanti prikaza linijskog grafa: „Line“ (standardno), „Area“ – površina ispod linije je osjenčana te „Spline“ – mjerne točke spojene glatkom linijom kako bi izgledale kao krivulja.

“Bar” označava stupčasti graf, a izbornik za odabir linijskog grafa prikazan je na slici 9K. Promjena prikaza iz stupčastog u linijski prikazana je na slici 9L.

Primjer 10 – Analiza korelacije

Kod analize korelacije potrebno je odabrati dva mjerenja čije se vrijednosti u određenom vremenskom razdoblju prikazuju kao točke na grafu, vidjeti sliku 10A. Na primjeru sa slike 10A jedno mjerenje, os x, pokazuje potrošnju energenta, a drugo volumen napunjenih boca na osi y. Svaka točka predstavlja (x,y) par u nekom vremenu. Programska logika pri korelacijskom prikazu dozvoljava odabir samo dvije stavke jer je vrijeme implicitna stavka. Izgled izbornika za jedan proizvodni proces vidi na slici 10B.

Ukoliko želimo više mjernih podataka (gušći prikaz), potrebno je promijeniti postavku “Grupirana po” na manji period kao što je dan ili sat; usporediti sliku 10C i 10D i vidljiva je razlika u gustoći točaka.

Primjer 11 – Izvještaji dolaznih podataka

Izvještaj dolaznih podataka omogućava dvije varijante prikaza podataka. Prvi je tzv. „Prilagođeni interval“ gdje je potrebno odabrati početak i kraj razdoblja kako je to prikazano slikom 11A. Odabiranjem stavke kako je prikazano na slici 11B možemo odabrati jedno ili više mjerenja. Rezultat odabira prikazan je na slici 11C.

Kada smo kliknuli „Dodaj“, odabrana mjerenja će se prikazati u listi te je potrebno kliknuti „Primijeni“, slika 11D, kako bi se podaci prikazali. Podaci se prikazuju s desne strane forme za odabir postavki kako je prikazano na slici 11E.

Druga varijanta je prikaz „Usporedba po danima“. Odabirom iz kalendara dodajemo jedan ili više datuma na listu. Zatim je potrebno odabrati početak i kraj razdoblja u danu koji promatramo ili ostaviti inicijalne (default) postavke te na taj način promatrati cijeli dan kao na slici 11F. Stavke mjerenja odabiremo slično kao za prethodni prikaz. Nakon odabira postavki, klikom na gumb „Primijeni“ kako je to prikazano na slici 11G, podaci se prikazuju s desne strane na način ilustriran slikom 11H. Zgodno je napomenuti da se podaci za isto mjerenje ali za različite dane prikazuju drugačijom bojom na grafu kakav je primjerice dan na slici 11H.

Primjer 12 – Izvještaj graničnih vrijednosti

Izvještaj graničnih vrijednosti uspoređuje podatke za cijeli dan (na odabrane datume) sa noćnim periodom koji se smatra periodom relativne neaktivnosti proizvodnog ili potrošačkog ciklusa. Ovu funkcionalnost u poboljšanoj verziji izvođenja moguće je nadograditi i s drugim mogućnostima; primjerice da se usporedbe vrše sa noćnim, zadanim (default) dnevnim ili proizvoljnim periodom; obzirom na činjenicu da periodi relativne neaktivnosti mogu biti različiti od uobičajenih cirkadijskih ritmova ljudi.

U jednom od primjera izvođenja, iz kalendara je potrebno odabrati željeni datum te mjerenja koje želimo promatrati na način prikazan na slikama 12A i 12B. U tablici, vidjeti kako je to ilustrirano slikom 12C, prikazuju se podaci za odabrani datum, te par prethodnih dana i par dana koji slijede odabrani datum. Prvi dio tablice odnosi se na cijeli dan, a drugi za noćni period. Podaci o minimumu, maksimumu i prosjeku u noćnom periodu prikazani su i kao postotak u odnosu na cijeli dan kako bismo dobili sliku o tome je li je noćna potrošnja realna ili ne, te uočili eventualne prevelike potrošnje u periodima kada bi one trebale biti svedene na minimum jer proizvodnog ili potrošnog ciklusa nema.

Primjer 13 – Izvještaj o statusu uređaja

Izvještaj o statusu uređaja zamišljen je na način da prikazuje uvid u pravilno/nepravilno pristizanje podataka s određenih uređaja, odnosno kašnjenje ili obustavu dotoka podataka. Za svaki uređaj u tablici prikazan je obojeni indikator o statusu uređaja i starosti podataka koji su zadnji zaprimljeni u sustav te je prikazana karta s ucrtanim lokacijama za pojedini uređaj kako je to prikazano na slici 13A.

Podatke je moguće filtrirati korištenjem padajućih menija po modelu uređaja kako je prikazano na slici 13B, starosti podataka – vidjeti slika 13C, te po zoni uređaja, vidjeti sliku 13D. Također, moguće je selektirati (filtrirati) i uređaje prema statusu kako je to prikazano na slici 13E. Status pojedinih mjerenja na uređaju možemo pregledati klikom na ikonu pored svakog uređaja te klikom na lokaciju iscrtanu na karti, ili editirati postavke uređaja; vidjeti sliku 13F. Dakle sustav je dizajniran vrlo fleksibilno glede statusa uređaja.

Ukoliko smo odabrali pregled po mjerenjima, na mjestu tablice sa statusom uređaja otvara se tablica koja prikazuje pojedina mjerenja te njihov status. Vratiti se na prikaz statusa uređaja može se klikom na gumb u gornjem desnom kutu. Detalje o mjerenju možemo prikazati klikom na ime mjerenja u listi; vidjeti u tom smislu slike 13G i 13H.

Primjer 14 - Izvještaj o stanju brojila

Izvještaj o stanju brojila, vidjeti sliku 14A, omogućava nam usporedbu podataka koji su pristigli u sustav na početku i na kraju vremenskom razdoblja u sustav, s izračunom po najmanjim vremenskim periodima koje sustav automatski izračunava kako bi omogućio detaljnije analize ponašanja. Pri tome korišteni pojmovi imaju slijedeće značenje:

- „Razlika“: predstavlja razliku u vrijednosti između prvog i zadnjeg zaprimljenog podataka za odabrani mjesec;

- „Procijenjena razlika za mjesec“: predstavlja razliku procjene stanja na početku mjeseca i na kraju mjeseca, koja se može razlikovati od prethodne stavke ukoliko podaci nisu pristizali točno od ponoći prvog dana do ponoći zadnjeg dana;

- „Izračunata vrijednost“ predstavlja sumu vrijednosti koje je sustav automatski izračunao za svakih četvrt sata u odabranom mjesecu; i

- Stupci „Greška“ predstavljaju razliku prethodna dva stupca u apsolutnom iznosu i postotno. Ta razlika bi u idealnom slučaju trebala bi iznositi nula.

Klikom na naziv mjerenja u tablici otvara se novi prozor s detaljima o odabranom mjerenju kako je prikazano na slici 14B, s podacima koji su prikazani na slici 14C.

Primjer 15 - Upravljanje periodičkim slanjem izvještaja (SCHEDULING)

Sustav omogućava periodičko slanje izvještaja e-mailom na način da korisnik odabire korisnike za primanje izvještaja i vrijeme slanja za određeni tip izvještaj. Na izvještaju o statusima uređaja potrebno je kliknuti gumb „Zakaži slanje izvještaja“; kako je pokazano na slici 15A. Iz padajućeg izbornika odabiremo jednog ili više korisnika koje će primati izvještaj, vidjeti sliku 15B. Uz ime i prezime svakog korisnika vidimo i email adresu na koje će izvještaj biti poslan; slika 15C. Također je potrebno odabrati vrijeme slanja i kliknuti „Postavi“ kako je prikazano na slici 15D.

Korisnik može promijeniti zadani (default) naziv predmeta (Subject) e-maila koje će sustav slati te unijeti novi željeni naziv. Ukoliko korisnik želi izvještaj poslati odmah, to može učiniti klikom na gumb „Pošalji izvještaj meni“ ili „Pošalji izvještaj korisnicima“. Izvještaj će biti poslat sa postavkama koje su prikazane na pop-up prozoru, iako izvještaj još nije zakazan za automatsko slanje, vidjeti situaciju na slici 15E. Izvještaj o statusu uređaja se zakazuje i šalje s odabranim filtrima. Filtri se odaberu iz padajućih menija i moguće je istovremeno odabrati više filtra. Obarani filtri prosljeđuju se u pop-up prozor te se spremaju zajedno s konfiguracijom za periodičko slanje izvještaja e-mailom, slika 15F. Prilikom svakog slanja izvještaja sustav prikazuje podatke prema odabranim filtrima.

Primjer 16 - Postavljanje lokacije tvrtke i uređaja

Za svaku tvrtku moguće je postaviti lokaciju korištenjem karte i postavljanja markera (eng. pin) na željenu lokaciju ili unosom točne adrese tvrtke. Za detalje unosa, pogledate niže "Postavljanje lokacije uređaja" jer je postupak isti za sve, vidjeti opciju označenu strelicom na slici 16A.

Za svaki uređaj prilikom uređivanja istog ili unosa novog uređaja moguće je postaviti lokaciju na kojoj se uređaj nalazi. Klikom na ikonu u sekciji "Mjerno mjesto", kako je prikazano slikom 16B, otvara se karta, na kojoj treba odabrati lokaciju uređaja.

U polje "Pretražite lokaciju" može se unijeti točna adresa, ili klikom na bilo koje mjesto na kartu postaviti marker, vidjeti primjer na slici 16C. Nakon odabira, lokacija i adresa prikazat će se na dnu i potrebno je potvrditi klikom na ikonu u dnu s kvačicom, kako je to prikazano slikom 16D.

Primjer 17 – Lokacijski izvještaji

Lokacijski izvještaj omogućuje pregled svih lokacija u sustavu, zajedno sa mjernim svojstvima koja su definirana za tu lokaciju, slike 17A i 17B. Korištenjem ovog izvještaja moguće je editirati lokaciju, klikom na gumb u tablicu te promjenom adrese/lokacije (slično kao i za uređaj kako je ranije opisano) ili mjernog svojstva, na način označen strelicom na slici 17C.

Klikom na ikonu "Detalji lokacije" za neku od lokacija, prikazat će se mjerna jedinica i potrošnja za zadnjih 30 dana, te prosječna potrošnja kako je ilustrirano slikom 17D.

Primjer 18 - Zone

Sustav omogućava korisnicima definiranje zona nad mnoštvom mjernih uređaja, kako bi mogli grupirati mjerenja na nekoj lokaciji i promatrati ih kao jednu zasebnu cjelinu. Za svaku zonu se može definirati niz ulaznih, izlaznih i kontrolnih mjerenja te uspoređivati njihove vrijednosti.

Prilikom pregledavanja podataka o zoni, moguće je promatrati podatke o ulazima u zonu (mjerenja označena sa Ulaz/Input), o izlazima iz zone (mjerenja označena sa Izlaz/Output) ili neto razliku Ulaz-Izlaz. Neto razlika se može koristiti kao indikator potencijalnih gubitaka u zoni ukoliko je zona u potpunosti pokrivena senzorima koji mjere sve ulaze i izlaze.

Za svaku zonu nužno je također definirati „Mjerno svojstvo“; npr. „Potrošnja vode“ „Potrošnja struje“ ili slično.

Na istom geografskom području može postojati više zona sa različitim mjernim svojstvima. Moguće je kreirati više zona koje se preklapaju, naprimjer zonu koja predstavlja cijeli grad pa manju zonu po četvrtima ili po DMA (District Metering Area) zonama. Ne postoje ograničenja veličine zona, no funkcionalnost zone ovisi o geografskoj lokaciji uređaja odnosno mjerenja. Ukoliko zona ne omeđuje određeno mjerenje, ona ga neće moći koristiti u svojoj definiciji, vidjeti sliku 18A. U listi mjerenja moguće je odabrati brzi prikaz detalja o zoni te grafički prikaz podataka, vidjeti sliku 18B. Kod editiranja zone, korisnik može promijeniti ime, opis, mjerno svojstvo, granice zone na karti, ili definirati izlazna, ulazna i kontrolna mjerenja kako je to prikazano na slici 18C.

Kod kreiranja nove zone unosimo zoni ime, opis i mjerno svojstvo. Za definiranje granica zone, potrebno je kliknuti na ikonu mape, vidjeti oznaku strelice na slici 18D. Da bi se na karti prikazali uređaji sa svojim lokacijama treba odabrati check box „Prikaži sve markere“, kako je to označeno na slici 18E strelicom. Tada prikaz uređaja na karti izgleda kao na slici 18F.

Korištenjem miša moguće je označiti rubne točke koje omeđuju željenu površinu na karti. Omeđivanje zone se završi klikom na početnu točku kada odabrano područje zone promjeni boju, vidjeti situaciju na slici 18G. Konačno potvrđivanje odabrane zone se sprema tipkom Potvrdi zonu.

Sva mjerenja sa uređaja koji su na karti bili prikazani unutar granica zone, bit će automatski navedena u listi „Izlazna mjerenja“, vidjeti sliku 18H. Iz grupe „Izlazna mjerenja“ svako od mjerenja se može prebaciti u grupu „Ulazna mjerenja“ ili „Kontrolna mjerenja“ korištenjem drag-and-drop opcije, slika 18I. Bilo koja od navedenih grupa mjerenja može biti i prazna. Kada su sve željene grupe mjerenja definirane, korisnik može kliknuti „Spremi“ te početi koristiti zone za razna izvještavanja, kartice na nadzornoj ploči i slično, kako je prikazano na slici 18J.

Zone je moguće koristiti i u grafičkim analizama. Tako sustav omogućava da se za svaku zonu napravi grafička analiza u kojoj se definirani skupovi mjerenja promatraju kao odvojene grupe. Izlazna, Ulazna i Kontrolna mjerenja za svaku se zonu u sistemu generiraju automatski i predstavljaju sumu mjerenja u Izlaznoj, Ulaznoj odnosno Kontrolnoj grupi. Primjer takve grafičke analize nalazi se na slici 18K.

Na taj način se mjerni podaci navedenih grupa mogu uspoređivati za različita vremenska razdoblja, slično kao i svi ostali tipovi podataka; mjerenja, normirana mjerenja, virtualna mjerenja itd.

Primjer 19 – Prediktivni modeli i analitika

Prediktivni modeli i analitika predstavljaju dodatnu vrijednost ovog sustava. Iz tri velike tvornice na kojima je sustav testiran sakupljen je skup podataka od 700 različitih mjerenja senzora. Ovisno o tvornici, za svaki od implementiranih senzora sustav je imao mjerenja unazad nekoliko godina praćenja ponašanja; najmanje vremensku seriju od dvije godine. Mjerenja su očitanja vrijednosti senzora svakih 15 minuta te je od njih napravljen skup podataka u obliku vrijeme-vrijednost. Posebno su zanimljivi podaci/senzori koji su vezani uz energente tj. njihovu potrošnju. Neki od njih su: struja, voda, plin; a naravno da se mogu uključiti i drugi senzori prema želji klijenta.

Svi podaci su vizualizirani u obliku grafova na razini 15 minuta, 1 sat, 1 dan, 1 tjedan te 1 mjesec. Primjer takve vremenske serije prikazan je na slici 19A za potrošnju struje.

Pročišćavanje i klasifikacija podataka bitan je faktor točnosti predikcije. U aplikaciji prikazujemo korisniku podatke tj. mjerenja senzora kroz neki vremenski period. Podaci mogu sadržavati u sebi anomalije senzora/pogreške u sustavu te iste želimo ispraviti prije prikazivanja podataka korisniku. Važno je napomenuti da anomalije zbog stvarnih događaja ne želimo ispraviti. Tehnički problem koji se rješava je da se za zadani signal žele predvidjeti očitanja senzora u narednih X dana (npr. X=30 dana). U tu svrhu unutar predmetnog sustava mogu se koristiti Python biblioteke poput Prophet-a, ARIMA ili slični napredni sustavi bazirani na strojnom učenju.

Detekcija anomalija je važan ulazni filtar. Za dani senzor i mjerenja želimo detektirati različite anomalije. Anomalije mogu nastati zbog pogreške senzora (elipsa označena crtkanom linijom) ili zbog senzora koji ne radi ili kroz neki period ne šalje podatke (elipsa označena punom linijom), vidjeti sliku 19B. Anomalije također mogu nastati zbog neočekivanog ponašanja u samoj tvornici te nas takvi događaji posebno zanimaju. Stvari primjer koji se dogodio jest da je pukla cijev u tvornici što se može detektirati kao konstantno povećanje potrošnje vode u podacima, a ne odmah detektirati i kao „rashod“ vode u samoj tvornici. Namjera arhitekture sustava je obavijestiti korisnika kroz aplikaciju da se nešto sumnjivo događa sa senzorom za vodu, a sve radi daljnje provjere in situ.

Iz svega prije rečenog, zanimljivo je pogledati predviđanje potrošnje energenata u narednih X dana. Ako za dani energent želimo predvidjeti njegovu potrošnju kroz neki vremenski period, najčešće je to mjesec dana radi procjene „režijskih troškova“, isto je moguće napraviti koristeći prethodno navedenu biblioteku Prophet®. Primjer korištenja Prophet® na predmetnom sustavu prikazan je nešto detaljnije niže. Prophet® je Facebook® open-source biblioteka za predviđanje ponašanja vremenskih serija. Prednost je što ne zahtjeva podešavanje parametara za svaki senzor već sustav sam „uči“ iz ponašanja. Primjer predikcije prikazan je na primjeru rasvjete u pogonu na slici 19C gdje se prediktivni dio se odnosi na vremenski period od 3.2.2018 dalje.

U sklopu istraživanja prema predmetnom izumu razvijena je metoda za aproksimativnu rekonstrukciju nedostajućih podataka. Ova metoda koristi tzv. „Exponential smoothing“, vidjeti npr. https://en.wikipedia.org/wiki/Exponential_smoothing, poštujući dan i vrijeme u tjednu što omogućuje poboljšava kvalitetu aproksimacije. Ova metoda se može koristiti i za jednostavno predviđanje buduće potrošnje.

Namjena ove metode je rekonstrukcija podataka u slučajevima kada su podaci stabilni te postoji dugi niz povijesnih podataka na temelju kojih se može napraviti rekonstrukcija. Korištenje ove metode se obavlja automatski unutar sustava pozivom metode „forecast“ koja prima listu očitanja, oznaku granulacije (četvrt sata, sat, dan) i broj podataka koje treba procijeniti. Primjer predviđanja na temelju povijesnih podataka prikazan je na slici 19D; prvi dio (stvarna mjerenja) predstavlja interval stabilnih podataka, zatim dolazi do povremenog ispada senzora prije potpunog otkazivanja. Ovaj miješani set označen je oznakom mix na slici 19D. Nakon datuma 8.12 radi se o virtualnom mjerenju – rekonstrukciji podataka na osnovu povijesti mjernog mjesta.

U sklopu programskih modula dodatno je razvijen algoritam za obradu, čišćenje i normalizaciju podataka unutar vremenskog prozora od 15 minuta. Interpolacija radi tako da uzima 2 najbliže vrijednosti trenutku za koji želimo podatak. U slučaju da nema podataka u koji su vremenski bliski, interpolacija se radi, ali se podatak označava sa posebnom zastavicom (flagom). Algoritam radi tako da simultano provodi detekciju prekida (bilo da nema podataka ili da se brojilo resetira) i detekciju pogrešaka. Glavna ideja ugrađenog algoritma je bila kako brojila broje uzlazno pa algoritam na temelju ulaznih podataka pokušava stvoriti što duži nepadajući niz. Pri tome se koristi modificirana verzija longest increasing subsequence algoritma https://en.wikipedia.org/wiki/Longest_increasing_subsequence). Ako algoritam detektira negativnu vrijednost između dva podatka smatra se kako je ili došlo do pogreške ili prekida. Isto tako, razvijen je i poseban sustav za obradu ulaznih podataka. Sustav funkcionira tako da tijekom obrade dohvati sve podatke koje je sustav zaprimio od zadnje obrade te započinje obradu.

U slučaju da novo zaprimljeni podaci sadrže podatke koji su stariji od zadnje obrađenog podatka, algoritam dohvaća sve podatke koji su nastali između ta dva podatka te ih briše. Nakon toga počinje daljnja obrada podataka koja koristi linearnu interpolaciju za pronalazak podatka što bliže trenutku izvještavanja (na 15 min). Nakon toga sustav generira izvještajne podatke za sve vremenske oznake (eng. timestamps) između zadnje obrade i trenutne obrade.

1.7 Industrijska primjenjivost

Predmetni izum je industrijski primjenjiv u najširem smislu. On otkriva novu i inventivnu IoT platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor uređaja.

1.8 Reference

10.i mjerni uređaji

20.j gateway komponente

30 broker poruka

40 ERP sustav

50, 50', 50“ vatrozid

60 frontend komponenata

70 backend komponenta

80 autentifikacijski server

90 baza podataka

100.k klijenti

i, j, k cijeli brojevi veći od nule

Claims (4)

1. IoT (Internet stvari) platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mnoštva mjernih uređaja (10), koja se sastoji od jedne ili više gateway komponente (20), brokera poruka (30), opcijski jednog ili više ERP sustava (40), vatrozidova (50, 50', 50“), frontend komponente (60), backend komponente (70), autentifikacijskog servera (80) i servera s bazom podataka (90) organiziranih u industrijski dio mreže (I) i sustava smještenog u oblaku (C) sa programskom podrškom gore pobrojanim komponentama; te barem jednog klijenata (100) koji pristupa sustavu u oblaku (C); naznačena time: − da industrijski dio mreže (I) sadržava jednu ili više gateway komponentu (20.1, 20.2, …) povezanu vatrozidom (50) prema dijelu sustava koji se nalazi u oblaku (C); gdje mnoštvo mjernih uređaja (10.1, 10.2, …), od koji je svaki povezan sa samo jednom gateway komponentom (20.1, 20.2, …), vrši pretvaranje analogne mjerne veličine u digitalnu i prosljeđuje je gateway komponenti (20.n) kojoj je dodijeljen i koja komunicira sa brokerom poruka (30) smještenim u dijelu sustava u oblaku (C); − da sustav u oblaku (C) nadzire industrijski dio mreže (I) pomoću backend servera (70), koji je glavna komponenta istog, koja izvršava svu poslovnu logiku i gdje je backend server (70) vezan preko brokera poruka (30) i vatrozida (50') smještenih na strani sustava u oblaku (C) za vatrozid (50) postavljen ispred spomenutih gateway komponenti (20.k) industrijskog dijela mreže (I); − da sustav u oblaku (C) posjeduje i frontend server (60) čija programska podrška služi za prikaz podataka sa backend servera (70) na koji je vezan, gdje jedan ili više klijenata sustava (100.k) pristupa podacima putem vatrozida (50“) prema spomenutom frontend serveru (60) uz podršku autentifikacijskog servera (80) zaduženog za autorizaciju pristupa podatcima sustava od strane korisnika (100.k) prema backend serveru (70); a − server s bazom podataka (90) provodi pohranu i čuvanje svih podataka sustava generiranih u vremenu; od podataka mjernih uređaja (10.i), vremena pristupa, zdravlja sustava pa sve do vremena pristupanja podacima od strane svakog od klijenata (100.j).

2. IoT platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mnoštva mjernih uređaja (10) prema zahtjevu 1, naznačena time, da se sve komponente međusobno otkrivaju koristeći Service Discovery i da komponente ne znaju za međusobne pozicije osim mrežne pozicije Service Discovery servera.

3. IoT platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mnoštva mjernih uređaja (10) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačena time, da prilikom preuzimanja očitanja sa mjernih uređaja (10.i) sustav u oblaku (C) provjerava postoje li kritični alarmi na tim očitanjima, te ukoliko postoje – sustav pokreće alarme koji se šalju odabranim kanalom komunikacije klijentima (100.k).

4. IoT platforma za prikupljanje, obradu i praćenje, analizu, kontrolu i optimizaciju mjerenih podataka i za upravljanje i nadzor mnoštva mjernih uređaja (10) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačena time, da se unutar industrijskog dijela mreže (I) implementira jedan ili više ERP sustav (40) u formi računala koje pokreću poslovni softver kojem je namjena integriranje aktivnosti različitih odjela industrijskog dijela i gdje isti vrši odlučivanja koje su dijelom zasnovana na podacima prikupljenim s jedne ili više gateway komponente (20.1, 20.2, …) koje nadziru odabrani set mjernih uređaja (10.i, 10.i+1, …).