Modelado de flujo multinivel

El modelado de flujo multinivel ( MFM , por sus siglas en inglés) es un marco de trabajo para modelar procesos industriales.

MFM es un tipo de modelado funcional que emplea los conceptos de abstracción, descomposición y representación funcional. Este enfoque considera el propósito, en lugar del comportamiento físico de un sistema, como su elemento definitorio. MFM descompone jerárquicamente la función de un sistema a lo largo de las dimensiones medios-fines y todo-parte en relación con las acciones previstas. Las funciones se modelan sintácticamente mediante las relaciones de conceptos fundamentales que contribuyen como parte de un subsistema. Cada subsistema se considera en el contexto del sistema general en términos del propósito (fin) de su función (medio) dentro del sistema. El uso de solo unos pocos conceptos fundamentales como bloques de construcción permite un razonamiento cualitativo sobre el éxito o el fracaso de las acciones. MFM define un lenguaje de modelado gráfico para representar el conocimiento abarcado. ^{[ 1 ]}

MFM se originó como un lenguaje de modelado para capturar cómo los operadores humanos identifican y manejan situaciones operativas desconocidas con el fin de mejorar el diseño de las interfaces hombre-máquina. ^{[ 2 ]}

MFM describe la función de un sistema como un medio para un fin específico en términos de flujo de masa y energía. El flujo es el elemento definitorio de los conceptos de función subyacentes. Los conceptos de transporte y barrera desempeñan un papel fundamental, ya que conectan pares de los demás tipos de función, reflejando los flujos físicos en el sistema. Las funciones de sumidero y fuente marcan el límite del sistema considerado y el inicio o el final de un flujo. Los conceptos de almacenamiento y equilibrio pueden ser puntos de recolección o división para múltiples trayectorias de flujo.

En consecuencia, la sintaxis válida de MFM requiere un transporte o una barrera que vincule dos funciones de los cuatro tipos restantes. Además del flujo dentro de una perspectiva (masa o energía), MFM conecta la influencia entre masa y energía mediante las relaciones medio-fin (mediante y productor-producto), así como los vínculos causales introducidos por la forma en que el sistema se controla utilizando estructuras de flujo de control separadas.

La información diagnóstica sobre la causalidad entre estados anormales a través del sistema se infiere del efecto físico entre las funciones. Petersen distingue influencia directa e indirecta entre funciones: ^{[ 3 ]}

• La influencia directa es el efecto que produce un sistema de transporte al tomar masa o energía de la función anterior y transferirla a la función posterior.
• Por otro lado, la influencia indirecta se deriva de diferentes implementaciones físicas y se representa mediante la influencia o participación de otra función en el transporte. El estado del transporte puede verse afectado, por ejemplo, por un estado anómalo de influencia en el almacenamiento aguas abajo, mientras que no se vería afectado por un estado de participación.

Según la interpretación física subyacente, se han establecido reglas de inferencia para todos los patrones posibles de funciones de flujo. Zhang recopiló estos patrones y la causalidad implícita. ^{[ 4 ]}

El diagrama MFM de una bomba de calor refleja el objetivo general ( cob2 ) de mantener constante el nivel de energía en el lado caliente. La estructura de flujo de energía efs2 muestra la función del sistema desde la perspectiva más predominante (energética), que se descompone aún más en el flujo másico de refrigerante ( mfs1 ) como medio para el transporte de energía deseado. Un análisis jerárquico adicional produce efs1 que representa la energía necesaria para que la bomba produzca una parte del flujo másico. Las restricciones operativas introducidas por los sistemas de control, como un controlador de flujo de agua, se modelan mediante cfs1 y un controlador de temperatura cfs2 .

Se han propuesto soluciones basadas en MFM para muchos aspectos de la automatización industrial. Las líneas de investigación incluyen:

• Diagnóstico de toda la planta ^{[ 5 ]}
• Gestión de alarmas ^{[ 6 ] [ 7 ]}
• Evaluación de riesgos ^{[ 8 ]}
• Generación automática de procedimientos ^{[ 9 ]}