הנדסת מערכות מבוססת מודלים ומידול מערכות כחלק מגישה מסודרת לפיתוח מערכות קיימות וחדשות מקובל מאוד בתחום התעשיות עתירות הידע כמו תעשיית החלל, התעופה, הרכב והצבא. המושג Model Based System Engineering, או בקיצור MBSE מתאר גישה מסודרת לתכנון הפיתוח המערכתי בשילוב עם כלי מידול שמאפשר בניית מודל קונספטואלי פורמלי ומתמטי של המערכת.
המודל איננו צריך בהכרח להיות תיאור ציורי של המערכת. בתחילת הדרך בפיתוח מערכת אפילו עדיף שהמידול יהיה חופשי ממגבלות, אבל כפוף לחשיבה לוגית וביקורתית. כאשר מבקשים לקדם מערכת קיימת לגרסה מתקדמת יותר, המידול הקונספטואלי מקנה חופש בתיאור אבסטרקטי של הקיים (אם כי ניתן לפרט לרמות הרצויות מהאבסטרקט) ועליו להוסיף את התכנון הרצוי.
במאגד המזון "Food IoT" תכנית העבודה כוללת התארגנות של יצרניות מזון בישראל מן הגדולות ביותר ועד לקטנות ליצירת סביבה של שיתוף מידע שממנו ניתן ליצור ערך מוסף לכל אחת מן השותפות ולתעשייה בכללותה לשיפור איכות המזון ובטיחותו בישראל, עם אופציה עתידית להשתמש בתוצרי המאגד גם בשוקי המזון בעולם במידה שהדבר רלוונטי.
מערכת כזו בה יש ריבוי חברות הפועלות בתוך אותו המרחב הינו דוגמה למערכת של מערכות -System of Systems (SoS) שפיתוחה מצריך כלי מידול קונספטואלי מתקדם.
חלקים ניכרים מתעשיית המזון, אם לא רובה, הם תעשיה מסורתית, הנמצאת עדיין במרחק ניכר מן החזון של התעשייה של המאה ה21 הידוע בשם תעשיה 4.0 – Industry 4.0.
ברוב החברות קיים צורך בפרויקט אחד לפחות שמטרתו לקדם את קווי ייצור לכיוונים של אוטומציה ודיוק באיסוף נתונים מקו הייצור וממערכות קבלת ואחסון חומרי הגלם.
מעבר זה ממערכת ייצור מסורתית למודרנית במסגרת פרויקט גנרי, שאנו במאגד מכנים אותו בשם "ספר הבישול" – ה-“Cook Book”, מצריך גישה מערכתית ומשנה סדורה כחלק מהגישה של הנדסת מערכות מבוססת מודלים, אשר במסגרתה מידול מהווה שלב מרכזי המסייע בהבנת הבעיה והתווית הפתרון.
ברוח זו, הרעיון הוא ליצור עבור כל אחת מהחברות שני מודלים: (1) מודל שמתאר את מצבה הנוכחי, הקיים (as-is model) ו-(2) המודל העתידי, הרצוי (to-be model) מבחינת מטרות, שרשרת הערך, קווי יצור, מערכות לוגיסטיקה, איסוף וניתוח נתוני עתק ועוד.
הפער בין מודלים אלו מכתיב את פרויקט הקידום של הארגון המעוניין להשתלב בסביבת העבודה המידעית (informative) של המאגד ולצעוד לעבר מימוש החזון של תעשיה 4.0.
מאמץ עיקרי נוסף המבוסס על בניית מודל קונספטואלי הוא בנייה של אונטולוגיה לענף המזון בישראל –אוסף מוגדר של המושגים הטכנולוגיים, למשל בהקשר של בדיקות מעבדה של חומרי גלם בתעשיית המזון שהמערכת המשותפת יכולה לאגור ולהתריע לכל הצרכנים של אצוות מזוהות של חומרי גלם המתגלים כבעייתיים כדי למנוע תקלות יקרות ומכאיבות מבחינה בריאותית וכלכלית.
את המשימה הזו של מידול קונספטואלי בשיתוף עם חברי המאגד לקחו על עצמם צוות המעבדה למידול מערכות תעשייתיות – ESML (Enterprise System Modeling Laboratory) בטכניון, בראשות פרופ' דב דורי. המעבדה מפתחת כלי מידול התואמים את שפת המידול OPM (Object Process Methodology) שפרופ' דורי המציא. המעבדה מקדמת את שפת OPM המוכר כ-ISO 19450 בארגון התקינה הבינלאומי ISO. מאמרים וחומר רב אחר על OPM ניתן למצוא באתר המעבדה http://esml.iem.technion.ac.il/introduction-to-opm/.
על מנת ליצר מודלים קונספטואליים בשפת OPM, המעבדה פיתחה וממשיכה להרחיב את היכולות של OPCloud – כלי מבוסס ענן. לתוכנה זו קיימת גישה חופשית לניסוי ותרגול ללא צורך ברישום (ובלי יכולת שמירה).
OPM היא לא רק שפה אלא גם מתודולוגיה. המתודולוגיה של OPM מספקת הנחיה לגבי האופן בו ניתן לבנות מודל בשפת OPM המתאר מערכת באשר היא כמורכבת מעצמים בעלי מצבים ותהליכים המתמירים (עושים טרנספורמציה ל) עצמים על ידי יצירתם, צריכתם, או שינוי מצבם. לכן לעצמים יש מצבים. מצב יכול להיות קיום או אי-קיום של העצם, או מספר של מצבים דיסקרטיים, או ערך חישובי (נומרי או טקסטואלי).
את הפעילות של התהליכים ושינויי המצב של העצמים OPCloud יכול לבצע כסימולציה של המערכת. סימולציות יכולות לסייע מאוד בהבנת ההיבט הדינמי של המערכת ובהשוואה והערכת פתרונות חלופיים.
נעשתה עבודה עם מספר יצרנים עימם בוצע ניתוח המערכות הקיימות וקווי ייצור מסוימים, כמו גם מערכות המידע המתקדמות של היצרנים הגדולים. המידול נעשה באמצעות OPCloud בתהליך קבוצתי שבו חברי קבוצת ESML בטכניון עבדו עם המערכת בשיטת העבודה של OPM, כאשר מומחי התוכן מטעם חברת המזון מרואיינים, עונים לשאלות, ומגדירים את המרכיבים השונים של המערכת תוך כדי בניית המודל שלה ברמות פירוט אשר הולכות ומעמיקות ככל שנכנסים לפרטי המבנה, ההתנהגות והתפקוד של המערכת. איור 1 הינו מודל OPM של קו ייצור מסורתי לנקניקיות שנבנה באמצעות OPCloud.
המודל יכול להכיל עצמים ותהליכים מסוגים שונים: פיזיקליים (מוצללים, כמו באיורים 1 ו-2) ואינפורמטיביים, אנושיים ומכניים, כאלה שנחשבים לחלק מהמערכת, וכאלה שנחשבים ל"סביבת" המערכת. בשפת OPM, יש בנוסף לתיאור הגרפי של המודל (כמוצג בחלק העליון של איור 1) גם תיאור מילולי (כמוצג בתחתית איור 1). תיאור זה נוצר באופן אוטומטי על ידי תכנת המידול OPCloud, כאשר שני התיאורים זהים במהותם. התיאור המילולי, הנקרא OPL – Object Process Language, מסביר בשפה טבעית את הקשרים בין האלמנטים של OPM, והוא משלים מבחינה קוגניטיבית את המידע המסופק על ידי השפה הגרפית המבוטא על ידי החלק החזותי של המודל, ה-OPD – Object Process Diagram.
ניתן לבצע תקריב – zoom in – לתהליך כדי לראות פרטים שלו. איור מתאר את תהליך ייצור נקניקיות מאיור 1 במבט תקריב – zoomed in החושף את התהליכים הפנימיים ותוצרי הביניים של התהליך. איור 3 מכיל חלק מפיסקת ה-OPL של ה-OPD באיור 2.
במסגרת ה-Cookbook גם בנינו, בשיתוף פעולה הדוק עם חברה נוספת, מודל OPM מפורט של תהליך ניטור ושיפור ייצור מזון מבוסס נתוני עתק Big-Data-Based Food Production Monitoring & Improving המוצג באיור 4 במבט תקריב החושף את התהליכים הפנימיים שלו.
במסגרת תקופה ב', בכוונתנו לעבוד עם ארגונים שיהיו מעוניינים באימוץ פרויקט נתוני עתק על התאמת המודל הגנרי שנבנה לצרכים הייחודיים של הארגון.