5 уровней автоматизации в промышленности: что учесть при разработке ПО

Что нужно промышленным предприятиям, чтобы в кризисных условиях как можно более эффективно выстроить ИТ-инфраструктуру и управлять своими процессами? В условиях импортозамещения основные ИТ-запросы производственных компаний направлены на разработку автоматизированных систем для сбора данных, их хранения, обработки и дальнейшего анализа. Главная задача таких систем – повысить эффективность управления предприятием и обеспечить принятие стратегических решений. Разберем, что именно нуждается в автоматизации и что для этого можно использовать.

Классическая пирамида автоматизации предприятия насчитывает 5 уровней: уровень оборудования (I/O), уровень управления оборудованием (PLC), уровень диспетчерского операторского управления (SCADA), уровень управления технологическим процессом (MES) и уровень управления предприятием (ERP/MRP). На каждом из них есть свои задачи и ПО, которое позволяет производить автоматизацию. Что для этого нужно сделать и как минимизировать возможные риски, – далее.

1. Уровень оборудования

Основная задача – сбор данных из различных источников (по различным каналам и протоколам), а также управление исполнительными механизмами на низком уровне.

Что нужно автоматизировать? Датчики и исполнительные устройства, которые расположены на конкретном технологическом объекте: транспортном средстве, участке автоматизированной линии обработки, медицинском приборе и т.п.

Как сделать? Можно взять специальные готовые аппаратные комплексы, взаимодействующие через стандартные интерфейсы, или самописное ПО на языке C, C++, С#

Какие риски учесть? При разработке ПО на этих языках следует учитывать риски, связанные с возможностью возникновения ошибок памяти, недостаточной защитой от взлома, проблемами совместимости и переносимости между платформами, а также сложностью отладки и тестирования.

Некоторые примеры – в портфолио.

2. Уровень управления оборудованием

Основная задача – обеспечить непрерывную связь с датчиками и исполнительными устройствами через программируемые логические контроллеры (далее – ПЛК).

Что нужно автоматизировать? На уровне ПЛК нужно автоматизировать управление процессами и оборудованием, а также сбор, обработку и передачу данных. Это может включать в себя контроль и регулирование температуры, скорости, давления и других параметров производства, управление движением роботов и других устройств, сбор и анализ данных о производственных процессах и др.

Как сделать? Для разработки соответствующего ПО можно использовать языки C, C++, С# и промышленные шины передачи данных (например, Profibus).

Какие риски учесть и как избежать? При разработке ПО необходимо учитывать ошибки в управлении оборудованием, проблемы совместимости между различными устройствами и их программными интерфейсами, недостаточное качество связи и угрозы безопасности.

Для снижения рисков рекомендуем:

• Тщательно анализировать требования и спецификации. Понимание требований и функциональности оборудования позволяет избежать ошибок в процессе разработки.
• Использовать проверенные технологии. Применение стандартных, проверенных технологий и протоколов помогает контролировать процесс разработки и снижать риски, связанные с несовместимостью и непредсказуемым поведением оборудования.
• Тестировать и выполнять отладку системы. Тщательное тестирование ПО на различных уровнях (например, модульное, интеграционное и системное тестирование) поможет выявить потенциальные проблемы и ошибки.
• Разработать механизмы обработки и восстановления после ошибок, чтобы минимизировать воздействие непредвиденных ситуаций.
• Обеспечить безопасность ПО и оборудования, уделяя внимание защите от внешних угроз и несанкционированного доступа.
• Наладить взаимодействие с производителями оборудования, чтобы получить поддержку и советы при разработке ПО.

Пример разработки на уровне управления оборудованием – тут.

3. Уровень диспетчерского операторского управления

Задача – обеспечить управление технологическим процессом организации, осуществлять контроль и интерактивное взаимодействие с оборудованием.

Что нужно автоматизировать? На уровне SCADA необходимо автоматизировать сбор, обработку и отображение данных о процессах, управление и мониторинг технических параметров объектов, а также управление и контроль работы оборудования и систем.

Как сделать? В своей практике мы использовали различные SCADA-системы, которые позволяют собирать данные из различных источников технологического процесса и создавать интерфейсы для управления и мониторинга.

Какие риски учесть и как избежать? При разработке важно учитывать уязвимости в безопасности, неправильное управление доступом, неправильный сбор и хранение данных, неправильное резервное копирование, непрерывность системы, а также неправильное обновление, патчинг и использование системы.

Чтобы сократить риски, рекомендуем:

• Составить детальный план проекта, определить цели и задачи, распределить роли и ответственность в команде и учитывать все риски.
• Провести тщательный анализ требований, обеспечить полное понимание функциональных и нефункциональных требований. Это поможет избежать недопонимания между заказчиком и командой разработчиков.
• Разработать архитектуру системы, учитывая все требования и ограничения. При проектировании учитывать возможные уязвимости и защитные меры, чтобы избежать несанкционированного доступа к системе.
• Провести тщательное тестирование ПО перед развертыванием. Проверить работоспособность всех функций и то, что система отвечает всем требованиям и спецификациям.
• Обеспечить безопасность системы с помощью установки актуальных антивирусных программ и фаерволов. Обязательно обновлять ПО и операционную систему. Устанавливать сильные пароли и механизмы аутентификации для защиты от несанкционированного доступа.
• Организовать обучение и предоставить инструкции пользователям. Регулярно обновлять знания для защиты от новых угроз и методов атак.
• Установить механизмы мониторинга системы для своевременного обнаружения и предотвращения возможных проблем и угроз.
• Регулярно создавать резервные копии данных, чтобы избежать потери информации в случае сбоя или атаки.

Пример реализации интеллектуальной системы для добывающей промышленности – на сайте.

4. Уровень управления технологическим процессом

Задача – обеспечить управление производством: организовать передачу данных с трех нижних уровней в агрегированном виде для принятия стратегических решений на уровне оперативного управления производством.

Что нужно автоматизировать? На уровне MES (системы управления производственными процессами) необходимо автоматизировать процессы сбора, обработки и передачи данных о производственных операциях, контроля качества продукции, управления материалами, а также инвентаризации, планирования производственных заданий и управления производственными ресурсами.

Как сделать? Можно брать отдельные готовые решения или самописные решения, реализуемые на языках высокого уровня и фреймворках (Java, C#, PHP, Python).

Какие риски учесть и как их избежать? При разработке ПО на уровне MES важно учитывать риски, связанные с недостаточной защитой данных, нарушением целостности и конфиденциальности информации, возможностью ошибок в автоматизированных процессах, несоответствием требованиям законодательства и нормативных актов, а также отсутствием эффективных механизмов мониторинга и контроля производственных процессов.

Чтобы снизить эти риски, в современных системах часто используются гибкие механизмы и конфигурации, которые позволяют эффективно управлять и быстрее реагировать на изменения. Один из способов решения этой задачи – UI-конструкторы процессов.

О разработке UI-конструктора для MES рассказывали здесь.

5. Уровень управления предприятием

Задача – обеспечить планирование и управление ресурсами промышленных предприятий, а также решение стратегических задач.

Что нужно автоматизировать? Процессы планирования производства, управления запасами, закупок, управления заказами и производственной отчетности на уровне MRP (от англ. material Requirements Planning — планирование потребности в материалах) / ERP (от англ. enterprise resource planning – планирование ресурсов предприятия). Это позволит повысить эффективность и точность планирования, минимизировать риски ошибок и улучшить управление производственными процессами.

Как сделать? Чаще всего для этого используется связка нескольких систем: ERP + CRM + SCM либо в упрощенном случае – одна из систем, которая обеспечивает только частичную автоматизацию.

Какие риски учесть и как избежать? При разработке ПО на уровне MRP/ERP следует учитывать следующие риски:

• несоответствие требованиям заказчика;
• неправильное планирование проекта и управление рисками;
• недостаточная функциональность или гибкость системы;
• проблемы безопасности данных;
• неправильная интеграция с другими системами;
• недостаточное тестирование и контроль качества;
• недостаточная поддержка или обновление системы после ее внедрения;
• несоответствие требованиям законодательства или стандартам.

Для снижения рисков рекомендуем:

• Уделить достаточно времени для взаимодействия с клиентом, чтобы полностью понять его требования и ожидания от системы. Это поможет избежать недопонимания и проблем в будущем.
• Определить реалистичные сроки работы и установить бюджет, учитывающий все необходимые факторы, такие как анализ требований, проектирование, разработка, тестирование и внедрение. Это поможет избежать задержек и финансовых рисков.
• Проверить уровень экспертизы команды разработчиков и уделить внимание ее опыту в подобных проектах. Это поможет снизить риски, связанные с неправильной реализацией функциональности системы.
• Провести обширное тестирование ПО перед внедрением, что поможет проверить систему, выявить и устранить ошибки и недочеты. Помимо функционального тестирования, рекомендуем проводить производительное и нагрузочное тестирование, чтобы убедиться в стабильной работе системы в условиях реальной эксплуатации.
• Обеспечить систематическое обучение пользователей, чтобы познакомить их с функциональностью системы и тем, как её правильно использовать. Это снизит риск возникновения ошибок или проблем в процессе работы.
• Предоставить пользователям надлежащую поддержку после внедрения системы. Будьте готовы реагировать и решать проблемы, которые могут возникнуть, а также предоставлять обновления и улучшения функциональности системы для удовлетворения потребностей клиента.
• Учитывать возможность масштабирования ПО в будущем. Система должна иметь гибкую архитектуру, позволяющую легко расширять функциональность и увеличивать ее производительность с ростом бизнеса.

Одна из разработок таких систем была связана с реализацией 1С-системы для производителя решений из стали. Более подробно об этом кейсе – здесь.

Различные уровни и этапы автоматизации производственных компаний требуют разных решений, технологий, языков и навыков. Мы уже более 20 лет успешно создаем ИТ-системы, которые помогают развивать промышленность и добиваться высоких результатов.

Хотите обсудить вашу идею? Напишите нам или оставьте заявку в разделе Контакты.