Рассматриваются архитектура, функциональные возможности и сценарии использования системы мониторинга и обеспечения безопасности персонала SiWatch, реализованной в качестве подсистемы платформы SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA).
Мониторинг деятельности сотрудников, соблюдение требований охраны труда и техники безопасности являются неотъемлемыми составляющими обеспечения эффективной и бесперебойной работы промышленных предприятий и инфраструктурных объектов. Несмотря на изменение роли и задач человека на производстве и очевидную тенденцию к повышению степени автоматизации производственных процессов, человек остается их непосредственным участником, при этом требования к обеспечению безопасности неуклонно ужесточаются.
Современный подход к решению данной задачи заключается в создании комплексных систем, позволяющих осуществлять полноценную информационную интеграцию деятельности персонала с работой производственного оборудования и обеспечивающей инфраструктуры в рамках единого информационного пространства предприятия. Это дает возможность не только контролировать местонахождение сотрудников и статус выполнения ими отдельных операций, но и целенаправленно управлять процессами обеспечения безопасности и эффективности в целом.
В настоящей статье описана реализация указанного подхода на базе системы мониторинга и обеспечения безопасности персонала SiWatch, разработанной российским подразделением компании «Сименс» как новая подсистема платформы SIMATIC WinCC Open Architecture [1].
Безопасность и эффективность на производстве – как обстоят дела?
Несмотря на то что подходы к обеспечению безопасности и эффективности, основанные на регламентировании процессов, контрольных мероприятиях и других организационных мерах, давно известны и широко применяются, современные российские предприятия остро нуждаются в повышении производительности труда при снижении травматизма.
Причинами недостаточной производительности труда, связанными с работой производственного персонала, как правило, являются [2]:
- несоблюдение работниками правил технологического процесса, предписанных инструкциями, технологическими картами и т. п. (в том числе отклонения от режимов, последовательности действий, невыполнение отдельных операций или задач в целом);
- отсутствие возможности контролировать правильность выполнения операций и производственных задач сотрудниками в режиме реального времени и, как следствие, невозможность оперативно принимать корректирующие меры в случае необходимости;
- в ряде случаев – отсутствие информационной осведомленности у сотрудника при выполнении целевой операции о состоянии связанных процессов и систем – той осведомленности, которая должна иметься для корректного выполнения задачи (особенно на географически распределенных и удаленных объектах).
Причины возможного травматизма и снижения безопасности также в значительной степени связаны с отсутствием у сотрудника интерактивной информации о задаче, требующей выполнения, и невозможностью оперативно контролировать фактически выполненные действия. Указанные обстоятельства могут приводить к следующим последствиям [2]:
- ошибкам сотрудников, создающим угрозу причинения вреда жизни и здоровью людей, окружающей среде;
- сложностям своевременного обнаружения несчастных случаев и, как результат, проблемам со своевременным оказанием помощи пострадавшим;
- сложностям в восстановлении объективной картины происшествия для предупреждения несчастных случаев в дальнейшем.
Существующие подходы и технологии
Современные технологии позволяют кардинально изменить подход к мониторингу и контролю деятельности персонала на производстве. Можно выделить два основных класса систем [2]:
- системы на базе средств видеофиксации и технологий видеоаналитики;
- системы на базе персональных носимых устройств.
Системы на базе средств видеофиксации, массово применяемые в задачах контроля доступа и охраны периметра объектов, в плане мониторинга производственной деятельности персонала имеют ограничения как в части функциональности, так и в части разрешающей способности, площади покрытия и допустимых мест установки.
Системы на базе персональных носимых устройств имеют более широкие функциональные возможности, могут использоваться не только на промышленных площадках, но и для контроля работы выездных бригад. Сегодня на рынке представлен широкий перечень персональных носимых устройств. Так, например, доступны исполнения в виде «умных» касок, бейджей, ремней, промышленных смартфонов, раций и планшетов. Основное ограничение перечисленных вариантов персональных носимых устройств сводится к невозможности решения широкого спектра задач, стоящих перед предприятием (см. выше). Так, например, решение на базе «умных» касок способно решать задачи позиционирования и одностороннего уведомления сотрудника, но не позволяет обеспечивать контроль параметров жизнедеятельности (например, значения пульса) без дополнительных устройств.
Обзор основных функциональных возможностей различных носимых устройств приведен в табл. 1.
Таблица 1. Основные функциональные возможности носимых устройств
С учетом отмеченных ограничений и требований наиболее перспективной аппаратной платформой для объективного мониторинга персонала являются «умные» часы со специализированным программным обеспечением.
Архитектура предлагаемого решения
Рассматриваемое решение построено на базе платформы для создания комплексных систем мониторинга, анализа и контроля эффективности работы оборудования, оперативного управления и диспетчеризации производственных процессов SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) и программно-аппаратного комплекса SiWatch (рис. 1). Комплекс SiWatch в составе решения обеспечивает реализацию функций мониторинга состояния, передвижения и деятельности сотрудников, а также передачи уведомлений или иной информации. Система WinCC OA используется в своей традиционной роли – как интеграционная платформа и основа для реализации комплексной системы сбора и обработки промышленных данных и диспетчерского управления производственными процессами [3]. Подобная интеграция позволяет осуществлять единое эффективное автоматизированное управление как оборудованием, так и производственным персоналом с минимальным вовлечением диспетчера.
Рис. 1. Обобщенная архитектура решения
С точки зрения структуры ПО комплекс SiWatch включает в себя серверный компонент SiWatch Base для сбора и анализа информации о состоянии и передвижении персонала, драйвер SiWatch Driver для интеграции с WinCC OA и программное обеспечение для носимых устройств SiWatch firmware – «прошивку», обеспечивающую сбор телеметрии и передачу уведомлений (рис. 2). Логика управления и мониторинга персонала в зависимости от состояния производственного процесса может быть описана стандартным для WinCC OA встроенным скриптовым языком СONTROL (CTRL), который используется также для реализации прикладной бизнес-логики диспетчеризации оборудования и технологических процессов.
Рис. 2. Структура программного обеспечения (увеличить изображение)
В качестве аппаратной части комплекса SiWatch используются персональные носимые устройства типа «умные часы», которыми экипируются сотрудники предприятия, а также маяки Bluetooth Low Energy (BLE) для обеспечения позиционирования внутри помещения/цеха, идентификации оборудования и технологических узлов предприятия. Позиционирование на открытой местности осуществляется с помощью GPS/GLONASS. Аппаратная часть, обеспечивающая управление оборудованием и техпроцессом, представлена соответствующими средствами автоматизации – сопряженными АСУ ТП, локальными САУ, отдельными ПЛК и КИПиА, взаимодействующими с WinCC OA.
Основные функциональные возможности
Описанное выше решение может обеспечивать реализацию как базовых, так и расширенных, и специализированных сценариев мониторинга и обеспечения безопасности в промышленности.
К базовым сценариям можно отнести:
- контроль местоположения снаружи и внутри помещений/цехов;
- сбор данных об активности сотрудника и контроль значений пульса;
- контроль доступа в зоны повышенной опасности;
- уведомление сотрудников;
- запись и отправку голосовых сообщений.
Указанные сценарии позволяют решать большинство задач по мониторингу и обеспечению безопасности, стоящих перед промышленным предприятием. Однако зачастую разработка нетривиальных сценариев работы решения позволяет привносить дополнительную ценность и эффект за счет реализованной интеграции с платформой WinCC OA. Об этом речь пойдет ниже.
Расширенные и специализированные сценарии
Расширенные сценарии предусматривают комплексный контроль производственного оборудования и персонала в рамках единого приложения. Рассмотрим примеры таких сценариев.
Сценарий реагирования на отказ производственного оборудования включает в себя следующие шаги (рис. 3):
(1) на оборудовании (установке, производственной линии и т. п.) происходит отказ одного из элементов;
(2) на уровне системы WinCC OA по данным от соответствующей системы автоматизации / системы управления генерируется событие о неисправности. Система WinCC OA делает запрос в SiWatch;
(3) SiWatch находит ближайшего ответственного сотрудника, проверяет квалификацию, занятость;
(4) SiWatch отправляет на носимое устройство сотрудника (группы сотрудников) уведомление с необходимой информацией для идентификации оборудования и данными для первичной диагностики неисправности;
(5) сотрудник, получив информацию, выполняет работы по обслуживанию оборудования (производственной линии);
(6) сотрудник отмечает выполнение задачи на персональном носимом устройстве; данные об этом передаются в SiWatch и WinCC OA;
(7) далее опционально система управления технологическим процессом производит валидацию исполнения, получает подтверждение о том, что оборудование исправно и не генерирует ошибок; после этого в автоматическом режиме вводит оборудование в технологический процесс.
Рис. 3. Сценарий реагирования на отказ производственного оборудования
Опыт внедрения подобного сценария компанией «Сименс» в условиях реального российского предприятия машиностроительной отрасли демонстрирует снижение среднего времени восстановления технологического процесса (MTTR).
Сценарий контроля технологических операций. Под технологическими операциями понимается жестко регламентированный порядок действий сотрудников и бригад по обслуживанию оборудования или управлению технологическим процессом. В этом случае инструкции и регламенты загружаются в систему SiWatch, которая транслирует их в виде задач на носимые устройства (рис. 4).
Рис. 4. Сценарий контроля технологических операций
В ходе выполнения технологических операций устройствами автоматически и автономно контролируется:
- место проведения операции;
- необходимые шаги и порядок выполнения;
- время выполнения технологической операции;
- состав бригады и квалификация сотрудников.
Результатом является автоматически сформированный отчет о выполнении технологических операций, где отмечены пропущенные шаги и иные отклонения от регламента выполнения работ. Подобный сценарий был успешно апробирован на предприятии нефтегазовой отрасли.
Специализированные сценарии, отвечающие индивидуальным требованиям заказчиков и адаптированные к особенностям техпроцессов и характеристик объектов, могут быть реализованы средствами комплекса как путем конфигурирования базовыми инструментами, так и путем инжиниринга с использованием инструментов WinCC OA.
Дальнейшее развитие
К планам по дальнейшему развитию решения можно отнести:
- совершенствование алгоритмов и повышение точности позиционирования;
- реализацию механизмов ускоренного развертывания (по технологии plug and play);
- расширение средств администрирования носимых устройств непосредственно в WinCC OA.
Выводы
Комплексная система мониторинга и контроля оборудования, техпроцессов и персонала закрывает имеющийся пробел в системах, способных обеспечить эффективность работы промышленных объектов и безопасность задействованного на них производственного персонала в рамках единого решения.
Используемый в системе принцип интерактивного взаимодействия с сотрудником при выполнении им производственных заданий и операций обеспечивает полноценную информационную интеграцию деятельности персонала с работой производственного оборудования и инфраструктуры в рамках единого информационного пространства – неотъемлемой составляющей цифрового предприятия.
Практика применения решения в реальных условиях показывает повышение производительности, снижение среднего времени восстановления при нарушениях технологического процесса, а также создание условий для предупреждения аварий, инцидентов, производственного травматизма.
Решение востребовано как в промышленности, так и на объектах инфраструктуры, в сельском хозяйстве, строительстве, логистике, медицине и других отраслях.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»
