06 июля 2023

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.

Диаграмма без названия-Страница 5.drawio (2).png

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.

Антон
Руководитель архитектурного комитета SimbirSoft
Понравилась статья?
Подпишитесь на рассылку SimbirSoft! Пришлём письма о лайфхаках в разработке, поделимся опытом управления командами и компанией, а также расскажем о новых ивентах SimbirSoft.

Другие статьи

SimbirSoft — участник рейтинга «Лидеры информационных технологий для промышленности — 2024»
02 мая 2024
Вебинар “Анализировать нельзя разрабатывать. Лекарство от хаоса в разработке”
05 апреля 2024
SimbirSoft и Синара Лаб – партнеры по внедрению коробочного решения «Цифровой рубль»
04 апреля 2024
Написать нам
Оставьте контакты, чтобы обсудить проект и условия
сотрудничества, или позвоните: 8 800 200-99-24
Прикрепить файл до 10Мб
Файл выбран
Можно прикрепить один файл в формате: txt, doc, docx, odt, xls, xlsx, pdf, jpg, jpeg, png.

Размер файла до 10 Мб.
Оставьте свои контакты
SimbirSoft регулярно расширяет штат сотрудников.
Отправьте контакты, чтобы обсудить условия сотрудничества.
Прикрепить резюме, до 10 Мб
Файл выбран
Можно прикрепить один файл в формате: txt, doc, docx, odt, xls, xlsx, pdf, jpg, jpeg, png.

Размер файла до 10 Мб.
Написать нам
Расскажите, какие задачи сейчас на вашем проекте.
Проконсультируем и предложим подходящих специалистов, а также сориентируем по ставкам на аутстаф.
Направление
Количество специалистов
Middle
TeamLead
Senior
TechLead
Прикрепить файл до 10Мб
Файл выбран
Можно прикрепить один файл в формате: txt, doc, docx, odt, xls, xlsx, pdf, jpg, jpeg, png.

Размер файла до 10 Мб.
Экспресс-консультация
Заполните все поля формы.
Эксперт свяжется с вами в течение рабочего дня.
Тематика
Прикрепить файл до 10Мб
Файл выбран
Можно прикрепить один файл в формате: txt, doc, docx, odt, xls, xlsx, pdf, jpg, jpeg, png.

Размер файла до 10 Мб.
Порекомендуйте друга — получите вознаграждение!
  • Middle Fullstack QA Engineer (Mobile)
  • Python-paзработчик
  • Java-разработчик
  • Angular-разработчик
  • PHP-разработчик
  • Системный аналитик
  • C#-разработчик
  • Android-разработчик
  • Golang-разработчик
  • DevOps-инженер
  • 1С-аналитик
  • 1C QA Engineer
  • Разработчик на C++
  • DWH-разработчик
  • Data Scientist
  • SDET (Python)
  • Менеджер по продажам IT SaaS
  • QA Engineer Fullstack (Java/Kotlin)
  • IT-рекрутер
  • SMM-менеджер
  • Бизнес-аналитик
  • Аналитик DWH
  • Team Lead Java
  • Менеджер проектов 1С
  • Руководитель отдела Backend
  • Руководитель отдела Frontend
  • SDET (Java)
  • Менеджер по продажам IT продуктов
  • SAP-аналитик
  • SDET (JavaScript)
  • SDET Python (мобильные приложения)
  • Руководитель отдела Frontend
  • 3D-дизайнер
Прикрепить резюме, до 10Мб
Файл выбран
Можно прикрепить один файл в формате: txt, doc, docx, odt, xls, xlsx, pdf, jpg, jpeg, png.

Размер файла до 10 Мб.