Design and assessment of a generic architecture for industrial process quality classification

Abstract

There is a growing need for efficient and adaptable software systems in the process industry. As industries such as pulp and paper production, chemical manufacturing, and others become increasingly reliant on software for managing their processes, the demand for flexible, scalable, and efficient software architectures has grown. This thesis is motivated by the need to design an architecture that will effectively integrate with existing systems and evolve with changing industry standards and technologies. The primary problem addressed in this thesis is the lack of a generic, adaptable, and evolvable architecture for industrial process quality classification. Existing systems often suffer from rigidity, lack of scalability, and the fact that it is inefficient to design and build the software for the same purpose for slightly different industries. These challenges hinder the efficiency and adaptability of software systems in the process industry, necessitating the design of a new architecture that can overcome these limitations. This thesis presents the design and assessment of a generic architecture for industrial process quality classification and proposes a potential architecture for the system in question. The proposed architecture aims to be adaptable and modifiable to fit various process industries, such as pulp and paper production or chemical manufacturing. By focusing on modularity and evolvability, the architecture supports integration with existing systems like Enterprise Resource Planning (ERP) systems or Manufacturing Execution Systems (MES). The research thesis addresses key questions regarding system requirements, architectural style and components, and the potential challenges that these present. The thesis finds that a well-defined, flexible architecture can enhance the efficiency and adaptability of a software system in an industrial setting. Moreover, the proposed architecture is presented and evaluated to ensure that it fulfills both functional and non-functional requirements and the evolvability principles that enable the system to be adaptable and capable of evolving to align with emerging industry standards and technologies.

Prosessiteollisuudessa on kasvava tarve tehokkaille ja mukautuville ohjelmistojärjestelmille. Kun sellun- ja paperintuotannon, kemianteollisuuden ja muiden prosessiteollisuuden teollisuudenalat muuttuvat yhä enemmän riippuvaisiksi ohjelmistoista prosessiensa hallinnassa, joustavien, skaalautuvien ja tehokkaiden ohjelmistoarkkitehtuurien tarve on kasvanut. Tämän opinnäytetyön taustalla on tarve suunnitella arkkitehtuuri, joka voidaan integroida tehokkaasti olemassa oleviin järjestelmiin, ja joka voi kehittyä teollisuuden muuttuvien standardien ja teknologioiden mukana. Ensisijainen ongelma, jota tässä diplomityössä käsitellään, on teollisten prosessien laadunluokittelua varten tarvittavan yleisen, mukautuvan ja kehittyvän arkkitehtuurin puute. Nykyiset järjestelmät kärsivät usein jäykkyydestä, skaalautuvuuden puutteesta ja siitä, että on tehotonta suunnitella ja rakentaa ohjelmistoja samaan tarkoitukseen hieman eri teollisuudenaloille. Nämä haasteet haittaavat prosessiteollisuuden ohjelmistojärjestelmien tehokkuutta ja muunneltavuutta, minkä takia on tarpeen suunnitella arkkitehtuuri, joka yrittää vastata niihin. Tämä työ esittelee teollisten prosessien laatuluokitteluun tarkoitetun yleisen arkkitehtuurin suunnittelun ja arvioinnin, sekä ehdottaa mahdollista arkkitehtuuria kyseiselle järjestelmälle. Ehdotetun arkkitehtuurin tavoitteena on olla mukautettavissa ja muokattavissa eri prosessiteollisuuksiin, kuten sellun ja paperin tuotantoon tai kemianteollisuuteen. Keskittymällä modulaarisuuteen ja kehitettävyyteen arkkitehtuuri tukee integraatiota olemassa olevien järjestelmien, kuten toiminnanohjausjärjestelmien (ERP) tai tuotannonohjausjärjestelmien (MES), kanssa. Työssä käsitellään keskeisiä kysymyksiä, jotka liittyvät järjestelmävaatimuksiin, arkkitehtuurityyliin ja -komponentteihin, sekä niiden mahdollisesti aiheuttamiin haasteisiin. Työssä todetaan, että hyvin määritelty, joustava arkkitehtuuri voi parantaa ohjelmistojärjestelmän tehokkuutta ja mukautuvuutta teollisessa ympäristössä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri esitellään ja arvioidaan, varmistukseksi siitä että se täyttää sille asetetut toiminnalliset ja ei-toiminnalliset vaatimukset sekä kehittyvyysperiaatteet, joiden ansiosta järjestelmä on mukautuva ja pystyy kehittymään vastaamaan tulevia standardeja ja teknologioita.