ПНСТ 870-2023 Искусственный интеллект в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции. Варианты использования для автоматизации управления процессами

        ПНСТ 870-2023

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ В ПЕРЕРАБОТКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ

Варианты использования для автоматизации управления процессами

Artificial intelligence in the processing of agricultural products and food production. Use cases for process control automation

ОКС 35.020

Срок действия с 2024-01-01

до 2025-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным научным учреждением "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 164 "Искусственный интеллект"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 ноября 2023 г. N 55-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

В настоящее время находят широкое применение системы искусственного интеллекта для управления технико-технологическими процессами в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. Однако, прежде чем начать массовую эксплуатацию этих систем на перерабатывающих предприятиях и объектах, требуется провести классификацию общих требований к данным процессам.

Настоящий стандарт является частью комплекса стандартов по установлению требований применения современных технологий искусственного интеллекта в сельском хозяйстве и переработки сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции.

Целью настоящего стандарта является определение вариантов использования искусственного интеллекта для автоматизации управления процессами в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции, общих требований, которые должны быть удовлетворены в процессе разработки и эксплуатации систем искусственного интеллекта для управления процессами в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на системы искусственного интеллекта для управления процессами в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции (СИИУПП) и устанавливает требования к ним (см. [1]).

1.2 Требования настоящего стандарта направлены на повышение эффективности автоматического управления, обеспечение безопасности и сохранения окружающей среды в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции.

Примечание - Целью настоящего стандарта является определение вариантов использования искусственного интеллекта в СИИУПП и общих технических требований, которые должны быть удовлетворены в процессе разработки и в процессе эксплуатации СИИУПП.

1.3 Настоящий стандарт предназначен для применения во всех управленческих и технологических процессах, связанных с переработкой сельскохозяйственной продукции и производством пищевой продукции, в том числе:

- выполнение контролирующей и регулирующей функций, основанных на знаниях и закономерностях функционирования алгоритмов, технологиях машинного обучения для контроля и управления качеством входящих и исходящих продукционных и материальных потоков и др. (см. [2]);

- построение моделей устойчивого развития технологий процессов;

- принятие решений по управлению технологическими процессами в переработке сельскохозяйственной продукции, в том числе в производстве пищевой продукции;

- контроль и управление качеством продукции на всех этапах технологического процесса производства, включая сортировку и упаковку готового продукта (см. [2]);

- контроль характеристик условий труда (микроклимата, уровень шума и вибрации и др.), вредных воздействий производственных помещений и технологических участков;

- управление логистическими операциями перемещения и хранением сырья и продукции;

- управление экономикой предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции и производству пищевой продукции.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 33707 (ISO/IEC 2382:2015) Информационные технологии. Словарь

ГОСТ ISO 12100 Безопасность машин. Основные принципы конструирования

ГОСТ Р 59277-2020 Системы искусственного интеллекта. Классификация систем искусственного интеллекта

ГОСТ Р 59385 Информационные технологии. Искусственный интеллект. Ситуационная видеоаналитика. Термины и определения

ГОСТ Р 59853 Информационные технологии. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения

ГОСТ Р 70462.1 (ISO/IEC TR 24029-1:2022) Информационные технологии. Интеллект искусственный. Оценка робастности нейронных сетей. Часть 1. Обзор

ГОСТ Р ИСО 3534-1 Статистические методы. Словарь и условные обозначения. Часть 1. Общие статистические термины и термины, используемые в теории вероятностей

ГОСТ Р ИСО 4254-1 Машины сельскохозяйственные. Требования безопасности. Часть 1. Общие требования

ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126 Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению

ГОСТ Р ИСО/МЭК 20546 Информационные технологии. Большие данные. Обзор и словарь

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 автоматизированная система управления процессами; АСУП: Система, состоящая из комплекса аппаратных и программных средств, в совокупности способных выполнять всю задачу управления процессами в длительном режиме вне зависимости от того, ограничена ли она конкретными условиями эксплуатации.

3.2

3.3 аутентификация сельскохозяйственной и пищевой продукции: Процедура проверки подлинности сельскохозяйственной продукции по видовой и сортовой (генетической) принадлежности с использованием системы искусственного интеллекта.

3.4 базовый набор управляющих воздействий на процессы: Совокупность управляющих воздействий на физические исполнительные механизмы, которые управляют техническими средствами и технологическими процессами.

3.5 безопасность автоматизированного управления: Состояние, характеризуемое совокупностью параметров конструкции, включая функциональные характеристики СИИУПП, и технологий, обеспечивающих недопустимость или минимизацию риска причинения вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических и юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде.

3.6

3.7 входные данные о состоянии управляемых объектов: Текущие данные об объектах, которыми управляет система искусственного интеллекта, источниками которых являются бортовые камеры, радары, лидары, датчики физических величин, данные из интеллектуальных технико-технологических средств и других источников.

3.8 высокий уровень автоматизации управления процессами: Уровень автоматизации управления, при котором управление может передаваться от системы автоматизированного управления человеку-оператору, а в случае его неготовности принять управление на себя.

3.9

Примечание - Идентификация пищевой продукции проводится по ее наименованию и (или) ее признакам, изложенным в определении такой продукции в техническом регламенте [2] или в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции, и (или) визуальным и (или) органолептическим, и (или) аналитическими методами.

Идентификация пищевой продукции проводится следующими методами:

а) по наименованию - путем сравнения наименования и назначения пищевой продукции, указанных в маркировке на потребительской упаковке и (или) в товаросопроводительной документации, с наименованием, указанным в определении вида пищевой продукции;

б) визуальным методом - путем сравнения внешнего вида пищевой продукции с признаками, изложенными в определении такой пищевой продукции;

в) органолептическим методом - путем сравнения органолептических показателей пищевой продукции с признаками, изложенными в определении такой пищевой продукции;

г) аналитическим методом - путем проверки соответствия физико-химических и (или) микробиологических показателей пищевой продукции признакам, изложенным в определении такой пищевой продукции.

3.12

3.17 переработка продукции сельского хозяйства: Технологические операции, связанные с заготовкой сельскохозяйственного сырья и обеспечением его сохранности для последующей (промышленной) переработки или для реализации без дальнейшей переработки.

Примечание - Рассматриваются процессы: тепловая обработка (кроме замораживания и охлаждения), копчение, консервирование, созревание, сквашивание, посол, сушка, маринование, концентрирование, экстракция, экструзия, обеззараживание, очистка, подработка, помол, фракционирование, сепарирование, просеивание, шелушение, плющение, дробление, шлифование, сортировка и другие, а также сочетание этих процессов.

3.18

3.19 продукты переработки продукции сельского хозяйства растительного происхождения: Продукты переработки зерновых, зернобобовых и масличных культур, полученные в результате технологических процессов переработки (мука, отруби, крупа, масло и т.п.).

3.20 сельскохозяйственная продукция: Продукция сельского хозяйства (растениеводства и животноводства) и лесного хозяйства, прошедшая технологические операции переработки для сохранения качества и обеспечения длительного хранения, используемая в виде сырья в последующей (промышленной) переработке или реализуемая без последующей переработки потребителям.

3.21

3.23 скорректированный набор управляющих воздействий: Набор оперативных изменений в базовый набор управляющих воздействий на процессы, формируемый системой искусственного интеллекта на основе интерпретации входных данных об ситуационной обстановке и процессах.

3.24 сортировка: Автоматическая сортировка пищевых продуктов по размеру, форме, цвету или другим признакам.

3.25 степень автономности: Уровень автоматизации управления, при котором все процессы управления осуществляются в автоматическом режиме, а человек-оператор отсутствует.

3.26 тактическое управление процессами: Последовательность действий, включающая в себя: осуществление мониторинга окружающей обстановки, объектов инфраструктуры и участников технологического процесса, своевременное реагирование на окружающие объекты и события и планирование оперативных управляющих воздействий.

3.27

4 Варианты использования искусственного интеллекта для автоматизации управления процессами

Варианты использования искусственного интеллекта в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции подразделяют на следующие сферы:

- выполнение контролирующей и регулирующей функций, основанных на знаниях и закономерностях функционирования алгоритмов, технологиях машинного обучения для контроля и управления качеством входящих и исходящих продукционных и материальных потоков и др., в том числе с помощью системы видеонаблюдения;

- построение моделей устойчивого развития и принятие решений по управлению технологическими процессами в переработке сельскохозяйственной продукции и производстве пищевой продукции;

- контроль и управление качеством сельскохозяйственной продукции на всех этапах технологического процесса производства, в том числе обеспечения безопасности пищевой продукции (см. [2], [4]);

- контроль характеристик условий труда (микроклимата, уровня шума и вибрации и др.), вредных воздействий производственных помещений и технологических участков, в том числе вредного воздействия на человека пищевой продукции;

- выявление и предотвращение болезней пищевого происхождения;

- аутентификация и определение фальсификации, контаминации пищевых продуктов (пример приведен в приложении А);

- обнаружение брака и оценка качества перерабатываемой сельскохозяйственной и пищевой продукции (пример приведен в приложении Б);

- идентификация пищевых продуктов (примеры аналитических подходов приведены в приложении В);

- управление логистическими операциями перемещения и хранением сырья и продукции;

- управление экономикой предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции и производству пищевой продукции.

5 Классификация СИИУПП

5.1 СИИУПП классифицируют (см. ГОСТ Р 59277-2020, таблица 1):

- по уровням автоматизации;

- функциям контура управления;

- комплексности и сложности;

- методам обработки информации;

- управлению знаниями, моделям и методам обучения;

- сложности применяемых нейронных сетей;

- уровню дополненной реальности;

- методам достижения интеграции и интероперабельности.

5.2 В зависимости от уровня автоматизации СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- автоматизированная система - система, состоящая из персонала (водителя, оператора, лица, принимающего решения) и комплекса средств автоматизации деятельности СИИУПП, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций (см. ГОСТ Р 59853, ГОСТ 33707);

- автоматическая система - совокупность управляемого объекта и автономной системы искусственного интеллекта, функционирующая самостоятельно, без участия человека (см. ГОСТ Р 59277).

5.3 В зависимости от функций контура управления СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- системы с обратной связью;

- системы реального времени;

- адаптивные системы;

- системы формирования цели (системы целеполагания);

- системы формирования контура управления и обучения;

- системы обработки измерений;

- системы идентификации и диагностики;

- системы когнитивного моделирования;

- системы логического вывода;

- системы принятия (поддержки) решений;

- экспертно-аналитические системы;

- системы оценки достижения цели;

- ситуационные центры;

- системы прогнозирования;

- прочее.

5.4 В зависимости от комплексности и сложности СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- многоагентные системы, состоящие из множества взаимодействующих интеллектуальных агентов - могут решить проблемы, которые трудны или невозможны для отдельного агента или для единой (монолитной) системы;

- системы "Большие данные" (см. ГОСТ Р ИСО/МЭК 20546);

- системы сетевой экспертизы;

- распределенные системы управления - обеспечивают решение проблемы управления на базе распределенной системы знаний в отличие от многоагентных систем, где базы знаний отдельных агентов взаимодействуют;

- системы распределенных ситуационных центров (см. ГОСТ Р 59385);

- прочее.

5.5 В зависимости от метода обработки данных СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- нейросети (сверточные, глубокого обучения, рекуррентные и другие);

- обучение на примере;

- эволюционные алгоритмы;

- муравьиные алгоритмы;

- иммунные вычисления;

- роевые вычисления;

- метод Байеса;

- уменьшение размерности;

- природные вычисления;

- мягкие вычисления;

- кластеризация;

- дерево решений;

- сетевые решения:

- регуляризация;

- аналоговая обработка данных;

- обработка Фурье-образов;

- регрессия;

- решение обратных задач;

- система правил;

- прочее.

5.6 В зависимости от управления знаниями, моделей и методов обучения СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- процедурные;

- декларативные;

- семантические;

- продукционные;

- фреймовые;

- нейросетевые;

- генетические;

- логические;

- онтологический инжиниринг;

- статистические;

- нечеткие знания;

- нечеткая логика;

- многомерное представление (3D, 4D);

- функциональные;

- технологические;

- методологические;

- комбинированное обучение;

- непрерывное обучение;

- единовременное обучение;

- прочее.

5.7 В зависимости от методов достижения интеграции и интероперабельности СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- системы с интеграцией на базе онтологий;

- системы на базе профилирования;

- системы, использующие классификаторы;

- прочее.

5.8 В зависимости от сложности применяемых нейронных сетей СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- однослойные;

- многослойные;

- прямого распространения;

- рекуррентные;

- прочее.

5.9 В зависимости от уровня дополненной реальности СИИУПП подразделяют на следующие виды:

- совмещение искусственно созданных виртуальных объектов с реальным миром;

- взаимодействие в режиме реального времени;

- работа в объемном режиме 3D;

- прочее.

6 Условия эксплуатации и требования к надежности СИИУПП

6.1 СИИУПП эксплуатируются непрерывно с момента их активации до момента их деактивации.

6.2 Требования кнадежности СИИУПП

6.2.1 СИИУПП должны функционировать с минимумом ошибок первого и второго рода при нормальной бесперебойной работе источников входных данных об обстановке и процессах.

Примечание - Определения ошибок первого и второго рода приведены в ГОСТ Р ИСО 3534-1.

6.2.2 При обнаружении неисправностей в работе СИИУПП должны переходить в заданное разработчиком безопасное состояние, уведомив об этом рабочий персонал или инженерно-техническую службу.

6.2.3 Если безопасное состояние СИИУПП не может быть достигнуто путем перехода к нему за незначительный промежуток времени, разработчиком СИИУПП должен быть специфицирован аварийный режим, в том числе остановка процесса.

6.2.4 Если в соответствии с целями безопасности рабочему персоналу или другим лицам, потенциально подвергающимся риску, приводится информация о необходимых действиях, требуется, чтобы такие действия, а также соответствующие средства и элементы управления быть определены в концепции функциональной и экологической безопасности, в том числе предиктивная видеоаналитика (см. ГОСТ Р ИСО 4254-1, ГОСТ ISO 12100).

6.3 СИИУПП должны обеспечивать заданные показатели надежности при использовании источников входных данных о текущей обстановке в любое время года при допустимых значениях внешних условий (температура воздуха, влажность, скорость ветра и пр.), определяемых самостоятельно каждым производителем СИИУПП, в том числе с помощью показаний различных датчиков и их оцифровки.

6.4 СИИУПП должны обеспечивать доверие к системе искусственного интеллекта - уверенность потребителя, и при необходимости, организаций, ответственных за регулирование вопросов создания и применения систем искусственного интеллекта, и иных заинтересованных сторон в том, что система способна выполнять возложенные на нее задачи с требуемым качеством.

6.5 Требования к информационной безопасности СИИУПП должны соответствовать следующим свойствам (см. [5]):

- надежность;

- стабильность;

- восстанавливаемость;

- конфиденциальность;

- устойчивость к ошибке;

- защищенность (виртуальная и физическая);

- помехоустойчивость;

- точность позиционирования;

- обучаемость.

6.6 Конкретные количественные показатели требований к надежности, робастности и безопасности СИИУПП должны быть определены с учетом текущего уровня развития техники и внесены в техническое задание для разработки СИИУПП (см. ГОСТ Р 70462.1, ГОСТ Р ИСО 4254-1, ГОСТ ISO 12100).

6.7 Конкретные количественные показатели условий эксплуатации СИИУПП должны быть определены с учетом текущего уровня развития техники, внесены в техническое задание для разработки СИИУПП и должны соответствовать требованиям к условиям эксплуатации согласно правовым документам (см. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126).

7 Функциональные требования к СИИУПП

7.1 СИИУПП должна обеспечивать следующие функциональные требования:

а) интерпретация входных данных;

б) планирование базового маршрута перемещения технических средств, сырья и продукции;

в) интерпретация входных данных о процессах переработки сельскохозяйственной продукции;

г) мониторинг состояния технологического процесса;

д) контроль и управление микроклиматом в помещениях;

е) мониторинг и контроль качества продукции;

ж) оперативное управление предприятием по переработке сельскохозяйственной продукции и производству пищевой продукции;

и) тактическое управление предприятием по переработке сельскохозяйственной продукции и производству пищевой продукции.

7.2 Интерпретация входных данных подразумевает необходимость осуществлять автоматизированный сбор и анализ данных о текущем состоянии и местоположении технико-технологических средств, технологического процесса, характеристиках и состоянии инфраструктуры предприятия, и других параметрах.

7.3 Планирование базового маршрута на основе входных данных необходимо для разработки оптимального маршрута и соответствующего ему базового набора маневров и управляющих воздействий.

7.4 Оценка обстановки на основе входных данных о ней подразумевает осуществление непрерывной разработки альтернативных скорректированных наборов управляющих воздействий, а также проведение их оптимизации по многофакторному набору критериев, определяющих конечную реакцию СИИУПП на каждое технологическое и управленческое событие (действие).

7.5 Мониторинг и контроль состояния условий труда, микроклимата помещений и окружающей среды необходим для своевременного выявления и обработки ошибок (в том числе на аппаратном уровне) в СИИУПП, а также для перехода в заданное разработчиком безопасное состояние при их устранении.

7.6 При остановке высокоавтоматизированного режима работы (независимо от причины) процедура перезапуска системы автоматизированного управления процессом должна осуществляться исключительно лицом, принимающим решение.

7.7 Выработка управляющих воздействий должна быть реализована в виде генерации данных, содержащих информацию о необходимом наборе управляющих воздействий на исполнительные органы управляемой системы.

Приложение А

(справочное)

Пример применения ИИ для аутентификации и определения фальсификации сельскохозяйственной и пищевой продукции

Таблица А.1

Приложение Б

(справочное)

Пример применения ИИ для обнаружения брака и оценки качества сельскохозяйственной и пищевой продукции

Таблица Б.1

Приложение В

(справочное)

Примеры аналитических подходов к идентификации сельскохозяйственной и пищевой продукции

Таблица В.1

Библиография