Привет!
Недавно мы вместе с Geekbrains провели хакатон, посвященный индустриальному интернету вещей IIoT и теперь начинаем выкладывать серию интервью с нашими экспертами. Первое из них — беседа с Николаем Шевалье, главным архитектором проектного офиса «Индустриальный интернет вещей» Ростелекома.
Николай расскажет, что же такое индустриальный интернет вещей и чем он отличается от привычного IoT, а также про решения, которые уже есть у Ростелекома.
Под катом — о роли IIoT в автоматизации систем ЖКХ, сельского хозяйства, умных офисов и многое другое.
Николай Шевалье: этот слайд — отражение всех технологических аспектов, которые могут так или иначе присутствовать в проектах индустриального интернета. Как видно по картинке, аспектов немало, поэтому я кратко расскажу о каждом из них.
В общем смысле индустриальный интернет — это новый виток автоматизации, позволяющий достичь более высокого качественного уровня на различных производствах. Тут мы говорим и о сельском хозяйстве, и об атомной энергетике, и о металлургии. Фактически это подраздел интернета вещей, но сфокусирован он именно на промышленных решениях. Структуру картинки следует рассматривать снизу вверх — от датчиков до информационных систем.
Датчики и устройства собирают информацию как с физических, так и с киберфизических систем, и это позволяет нам работать с такими данными. Здесь у нас всевозможные датчики, роботы, видеоаналитика, системы безопасности (как привычный security, так и безопасность труда).
Уровнем выше — Edge, это системы, которые находятся на производстве рядом с устройствами. Прямо на заводах в контурах техпроцессов. АСУ ТП (автоматическая система управления технологическим процессом), пожарная тревога и подобные системы, которые требуют минимальной задержки от наступления какого-то события до реакции на него.
Еще выше — Сеть передачи данных, задача которой эти данные передавать в вычислительные центры для последующей обработки. Радиосети, наложенные сети, фиксированные сети. Кстати, в чем тут разница: фиксированные сети — это оптические линии, несущий хребет всей системы связи вообще. Не будет их, не будет радиосвязи, потому что радиосвязь без оптики работать не будет. Это на последней миле радиосвязь позволяет эффективно и быстро подключать устройства, не протягивая кабель. Но до этой последней мили кабель необходим. Наложенные сети — системы маршрутизации и управления трафиком, с их помощью можно организовать выделенные частные сети поверх любой структуры с необходимым уровнем защиты.
После сетей — инфраструктура ЦОДов (здесь СХД, сервера, IDS, файрволлы) и софт для работы с информацией (виртуализация).
На этом же уровне классический набор — сами ЦОДы, хранение данных, сервисы резервного копирования, IaaS и подобное…
Отдельно отмечу ПО, которое позволяет организовать работу с данными, а также их процессинг и хранение. Тут еще очень активно набирает силу тренд в плане вычислений в памяти, блокчейн (в одном из утопичных вариантов развития технологий разные IIoT-решения смогут взаимодействовать друг с другом в рамках смарт-контактов).
Следующий глобальный уровень — более умные системы. Искусственный интеллект, различные биллинги, системы управления производством, security-мониторинг, собирающий данные со всех уровней безопасности при помощи ИИ и систем аналитики.
В общем, это если вкратце описать схему организации IIoT. Важно вот что: специальные системы обеспечения инфобезопасности применяются на каждом уровне. И защищенным решение можно считать только тогда, когда защищены все его уровни и учтены все организационные процессы сотрудников, которые взаимодействуют с таким решением.
Вот на этом слайде речь идет о LP WAN. Это энергоэффективные сети дальнего действия. Самые известные и устоявшиеся стандарты — LORA-WAN, SigFox, LTE-Cat NB( NB-ioT), LTE-CAT M1. Чтобы понимать уровень действия таких сетей, их проще сравнить с бытовыми. Вот есть у нас всех Bluetooth — это стабильная работа и связь с устройствами в радиусе от пары метров до пары десятков метров. Потом идут сети сотовой связи — 2G, 3G, 4G. И уже за ними — LP WAN, сети самого дальнего действия, у них самый большой радиус покрытия и они позволяют достичь определенного уровня энергоэффективности. К примеру, есть газовый счетчик, передающий показания раз в заданное время, и можно на нем не менять батарейку лет 10.
Вот слайд от наших коллег, занимающихся информационной безопасностью, который показывает распространенные угрозы.
Конечно, если сервис работает только для пары-тройки IP, можно просто закрыть контур, и уже этим обеспечить себе нужный уровень защиты. Но если это открытый сервис, предполагающий взаимодействие с ним пользователей, то здесь уже могут накладываться привычные сетевые угрозы. Спам-боты, хакерские атаки, DDoS и прочее добро. Для защиты от подобного используют большое количество технических средств защиты которые в случае нештатных ситуаций оповещают центры security operation — там сидят специально обученные безопасники и реагируют на заданные события.
Для ЖКХ есть специальный сервис, разработанный в Ростелекоме, который позволяет автоматизировать получение данных с приборов учета, которые стоят в квартире почти у всех: счетчики воды, электроэнергии, причем как индивидуальные, так и общедомовые. Если раньше эти значения приходилось вводить вручную, что приводит и к трате времени, и к передаче не совсем корректных показаний, то сейчас в РФ уже существует ряд комплексов, где участие человека в этом процессе полностью исключено. Все эти вещи успешно автоматизированы и сами собирают показания со всех датчиков и передают их в управляющие и ресурсоснабжающие компании.
Кроме ЖКХ в общем, мы разработали комплексное специальное решение для учета электроэнергии. Страшная аббревиатура АСКУЭ на слайде — это всего лишь Автоматизированная Система Коммерческого Учета Электроэнергии. Что она делает — понятно из названия. Это счетчики, которые ставятся на самих подстанциях, на точках подключения пользователей, на генерации — все это позволяет энергетикам понять, насколько эффективно работают сервисы. Схема работы простая: прибор учета – линк канала связи – ЦОДы – приложение, визуализирующее и обрабатывающее данные.
Решение для умного офиса помогает фиксировать ряд показателей, которые важны для комфортной работы человека в офисном помещении. Прежде всего, это уровни CO2 и освещенности, которые часто недооценивают, а также общее потребление электричества. Тут сразу два “зайца на прицеле”: и сотрудникам работается комфортнее, и эксплуатирующему персоналу помогает экономить за счет более рационального использования ресурсов.
Кроме офисов существуют и более опасные производства, на которых необходимо снижать возможный травматизм и мониторить персонал. Главная затея тут — знать, что у сотрудника все в порядке с самочувствием, и что он находится там, где надо, и не находится там, где не надо. Для заводов с большим количеством движущихся механизмов это критично важно. Есть много различных датчиков, от газоанализаторов до браслетов, контролирующих как пульс и состояние сотрудника, так и его местоположение. Это помогает вовремя оповещать систему о том, что сотрудник внезапно оказался там, где прямо сейчас ему быть опасно (к примеру, движется кран или планируется выброс газа). В таком случае система приостановит работу, автоматически оповестит ответственного и дождется, пока человек покинет опасную зону. А еще есть умные каски, которые фиксируют наличие удара или попадание на их поверхность кислоты, и тут же оповещать ответственный за производственную безопасность персонал.
Перед сельским хозяйством стояла задача управления контролем движения урожая. Это значит, что нужна была возможность понимать, когда комбайн разгружается, когда загружается перевозочный модуль. Здесь важно заранее отметить, что современный комбайн сильно отличается от того, на котором катался волк в «Ну, погоди» — сегодня это оснащенная бортовым компьютером серьезная машина, сообщающая главной системе свое состояние и телеметрию. Это уже реальность, такие комбайны есть в РФ, включая и беспилотные модели.
Конечно, то, что мы сейчас делаем, нацелено именно на актуальный парк машин — они не беспилотные, но все равно достаточно “умные”, мы автоматизируем процесс выбора самих приборов и создаем систему управления для работы с устройствами.
В Ростелекоме вместе с другими компаниями мы реализовали мониторинг крупного рогатого скота. Задача у сельского хозяйства тут была такая — есть потребность понимать, когда коровы готовы размножаться, болеют или нет, где именно они пасутся. Это все важно для того, чтобы определять лучшие моменты — понимать, готова ли корова спариваться, или у нее голова болит, пора ли выпускать быков или подождать, вовремя реагировать на заболевание животного и прочее. Подобные решения помогают и контролировать состояние животных, и повышать качество продукции, и следить за рентабельностью.
Данные мало просто собрать и хранить — с ними надо работать. Это помогает сценариям предиктивной аналитики. Например, мы собрали данные, при этом мы знаем, где и когда эти данные были собраны, добавляем к этому объему расчеты проектных НИИ, информацию о событиях на производстве, включая нештатные, добавляем базовую информацию о процессах отрасли, неважно, энергетика это или сельское хозяйство. Нормализуем эти данные с помощью математики и моделей. А потом добавляем аналитику и предиктивную составляющую.
Модуль предиктивной аналитики выглядит так:
Это и есть построение предиктивных моделей. Существует контур, в котором данные моделируются, и системы, в которых они фиксируются. Кроме этого — тестовые наборы данных, наборы данных для обучения и, само собой, реальные данные. Это постоянный процесс, модель надо дообучать. Сейчас хорошим показателем для модели считается 90% точности. Среднее же значение пока у большинства моделей — 85-87.
Хотите ли вы заменить существующие SCADA на IIoT?
Хороший вопрос. На самом деле, существующие SCADA — они очень разные. Если рассматривать саму концепцию IIoT, SCADA под нее подходит, как и MES-системы, они тоже могут стоять в рамках IIoT. Это не говорит о том, что их надо менять, тут есть несколько вариантов.
IIoT-платформа подключается к MES-системе или SCADA уже готовой.
Когда происходит качественная замена оборудования, которому SCADA не нужна, потому что оно умеет все эти вещи делать оперативно на своем уровне.
Есть Edge-уровень, где SCADA оформлена в некоем fog-варианте.
То есть произойдет замена SCADA на SCADA в развернутом fog, это будет новые Edge-уровень платформы, управляемый централизованно, но находящийся на локальной точке. И в этой инфраструктуре будет разворачивать решение по сути та же SCADA, но уже в другом контуре управления.
Поэтому как класс SCADA никуда не уйдет, просто трансформируется.
Какие главные задачи сейчас стоят перед IIoT Ростелекома?
Сейчас это 4 сектора — сельское хозяйство, производство, ТЭК и энергетика. Цифровизация каждой из отраслей видится очень перспективной.
Интересны системы контроля людей на предприятиях — работают ли, насколько качественно, нарушают ли регламенты. Такие кейсы очень часто решают видеоаналитикой или контролем станков, за которыми работают люди, вот как завод, с которого мы брали датасет для задач. Подобным подходом завод увеличил производительность в два раза, просто потому, что стали смотреть: станок простаивает = им не пользуются. И тут дело не в том, что сотрудники работали так себе, там просто так сами процессы были устроены, что иногда возникали простои.
Сейчас актуальны производственные системы кайдзен или бережливое производство, в рамках системы управленцу требуются данные для принятия решений. Нужен сбор данных с приборов учета, нужна их визуализация. Я не случайно так часто говорю про визуализацию, она важна, потому что помогает взглянуть на один и тот же набор данных под разным углом.
На призыв собраться и написать IIoT-решение для реального бизнеса мы получили 434 заявки, а участвовали в итоге 184 человека — 35 команд. Это начинающие разработчики, которые пробовали свои силы в новой для себя области.
Из них добрались до финиша и презентовали свои проекты 33 команды, 174 участника. Лучших из них мы отсматриваем на позиции в Ростелекоме. Вот как всё было.
Видеоверсия интервью здесь.
Недавно мы вместе с Geekbrains провели хакатон, посвященный индустриальному интернету вещей IIoT и теперь начинаем выкладывать серию интервью с нашими экспертами. Первое из них — беседа с Николаем Шевалье, главным архитектором проектного офиса «Индустриальный интернет вещей» Ростелекома.
Николай расскажет, что же такое индустриальный интернет вещей и чем он отличается от привычного IoT, а также про решения, которые уже есть у Ростелекома.
Под катом — о роли IIoT в автоматизации систем ЖКХ, сельского хозяйства, умных офисов и многое другое.
Николай Шевалье: этот слайд — отражение всех технологических аспектов, которые могут так или иначе присутствовать в проектах индустриального интернета. Как видно по картинке, аспектов немало, поэтому я кратко расскажу о каждом из них.
Индустриальный интернет
В общем смысле индустриальный интернет — это новый виток автоматизации, позволяющий достичь более высокого качественного уровня на различных производствах. Тут мы говорим и о сельском хозяйстве, и об атомной энергетике, и о металлургии. Фактически это подраздел интернета вещей, но сфокусирован он именно на промышленных решениях. Структуру картинки следует рассматривать снизу вверх — от датчиков до информационных систем.
Датчики и устройства собирают информацию как с физических, так и с киберфизических систем, и это позволяет нам работать с такими данными. Здесь у нас всевозможные датчики, роботы, видеоаналитика, системы безопасности (как привычный security, так и безопасность труда).
Уровнем выше — Edge, это системы, которые находятся на производстве рядом с устройствами. Прямо на заводах в контурах техпроцессов. АСУ ТП (автоматическая система управления технологическим процессом), пожарная тревога и подобные системы, которые требуют минимальной задержки от наступления какого-то события до реакции на него.
Еще выше — Сеть передачи данных, задача которой эти данные передавать в вычислительные центры для последующей обработки. Радиосети, наложенные сети, фиксированные сети. Кстати, в чем тут разница: фиксированные сети — это оптические линии, несущий хребет всей системы связи вообще. Не будет их, не будет радиосвязи, потому что радиосвязь без оптики работать не будет. Это на последней миле радиосвязь позволяет эффективно и быстро подключать устройства, не протягивая кабель. Но до этой последней мили кабель необходим. Наложенные сети — системы маршрутизации и управления трафиком, с их помощью можно организовать выделенные частные сети поверх любой структуры с необходимым уровнем защиты.
После сетей — инфраструктура ЦОДов (здесь СХД, сервера, IDS, файрволлы) и софт для работы с информацией (виртуализация).
На этом же уровне классический набор — сами ЦОДы, хранение данных, сервисы резервного копирования, IaaS и подобное…
Отдельно отмечу ПО, которое позволяет организовать работу с данными, а также их процессинг и хранение. Тут еще очень активно набирает силу тренд в плане вычислений в памяти, блокчейн (в одном из утопичных вариантов развития технологий разные IIoT-решения смогут взаимодействовать друг с другом в рамках смарт-контактов).
Следующий глобальный уровень — более умные системы. Искусственный интеллект, различные биллинги, системы управления производством, security-мониторинг, собирающий данные со всех уровней безопасности при помощи ИИ и систем аналитики.
В общем, это если вкратце описать схему организации IIoT. Важно вот что: специальные системы обеспечения инфобезопасности применяются на каждом уровне. И защищенным решение можно считать только тогда, когда защищены все его уровни и учтены все организационные процессы сотрудников, которые взаимодействуют с таким решением.
Детальнее
Сети
Вот на этом слайде речь идет о LP WAN. Это энергоэффективные сети дальнего действия. Самые известные и устоявшиеся стандарты — LORA-WAN, SigFox, LTE-Cat NB( NB-ioT), LTE-CAT M1. Чтобы понимать уровень действия таких сетей, их проще сравнить с бытовыми. Вот есть у нас всех Bluetooth — это стабильная работа и связь с устройствами в радиусе от пары метров до пары десятков метров. Потом идут сети сотовой связи — 2G, 3G, 4G. И уже за ними — LP WAN, сети самого дальнего действия, у них самый большой радиус покрытия и они позволяют достичь определенного уровня энергоэффективности. К примеру, есть газовый счетчик, передающий показания раз в заданное время, и можно на нем не менять батарейку лет 10.
Защита ЦОДов
Вот слайд от наших коллег, занимающихся информационной безопасностью, который показывает распространенные угрозы.
Конечно, если сервис работает только для пары-тройки IP, можно просто закрыть контур, и уже этим обеспечить себе нужный уровень защиты. Но если это открытый сервис, предполагающий взаимодействие с ним пользователей, то здесь уже могут накладываться привычные сетевые угрозы. Спам-боты, хакерские атаки, DDoS и прочее добро. Для защиты от подобного используют большое количество технических средств защиты которые в случае нештатных ситуаций оповещают центры security operation — там сидят специально обученные безопасники и реагируют на заданные события.
ЖКХ
Для ЖКХ есть специальный сервис, разработанный в Ростелекоме, который позволяет автоматизировать получение данных с приборов учета, которые стоят в квартире почти у всех: счетчики воды, электроэнергии, причем как индивидуальные, так и общедомовые. Если раньше эти значения приходилось вводить вручную, что приводит и к трате времени, и к передаче не совсем корректных показаний, то сейчас в РФ уже существует ряд комплексов, где участие человека в этом процессе полностью исключено. Все эти вещи успешно автоматизированы и сами собирают показания со всех датчиков и передают их в управляющие и ресурсоснабжающие компании.
Энергетика
Кроме ЖКХ в общем, мы разработали комплексное специальное решение для учета электроэнергии. Страшная аббревиатура АСКУЭ на слайде — это всего лишь Автоматизированная Система Коммерческого Учета Электроэнергии. Что она делает — понятно из названия. Это счетчики, которые ставятся на самих подстанциях, на точках подключения пользователей, на генерации — все это позволяет энергетикам понять, насколько эффективно работают сервисы. Схема работы простая: прибор учета – линк канала связи – ЦОДы – приложение, визуализирующее и обрабатывающее данные.
Умный офис
Решение для умного офиса помогает фиксировать ряд показателей, которые важны для комфортной работы человека в офисном помещении. Прежде всего, это уровни CO2 и освещенности, которые часто недооценивают, а также общее потребление электричества. Тут сразу два “зайца на прицеле”: и сотрудникам работается комфортнее, и эксплуатирующему персоналу помогает экономить за счет более рационального использования ресурсов.
Мониторинг персонала на производстве
Кроме офисов существуют и более опасные производства, на которых необходимо снижать возможный травматизм и мониторить персонал. Главная затея тут — знать, что у сотрудника все в порядке с самочувствием, и что он находится там, где надо, и не находится там, где не надо. Для заводов с большим количеством движущихся механизмов это критично важно. Есть много различных датчиков, от газоанализаторов до браслетов, контролирующих как пульс и состояние сотрудника, так и его местоположение. Это помогает вовремя оповещать систему о том, что сотрудник внезапно оказался там, где прямо сейчас ему быть опасно (к примеру, движется кран или планируется выброс газа). В таком случае система приостановит работу, автоматически оповестит ответственного и дождется, пока человек покинет опасную зону. А еще есть умные каски, которые фиксируют наличие удара или попадание на их поверхность кислоты, и тут же оповещать ответственный за производственную безопасность персонал.
Сельское хозяйство
Перед сельским хозяйством стояла задача управления контролем движения урожая. Это значит, что нужна была возможность понимать, когда комбайн разгружается, когда загружается перевозочный модуль. Здесь важно заранее отметить, что современный комбайн сильно отличается от того, на котором катался волк в «Ну, погоди» — сегодня это оснащенная бортовым компьютером серьезная машина, сообщающая главной системе свое состояние и телеметрию. Это уже реальность, такие комбайны есть в РФ, включая и беспилотные модели.
Конечно, то, что мы сейчас делаем, нацелено именно на актуальный парк машин — они не беспилотные, но все равно достаточно “умные”, мы автоматизируем процесс выбора самих приборов и создаем систему управления для работы с устройствами.
Мониторинг крупного рогатого скота
В Ростелекоме вместе с другими компаниями мы реализовали мониторинг крупного рогатого скота. Задача у сельского хозяйства тут была такая — есть потребность понимать, когда коровы готовы размножаться, болеют или нет, где именно они пасутся. Это все важно для того, чтобы определять лучшие моменты — понимать, готова ли корова спариваться, или у нее голова болит, пора ли выпускать быков или подождать, вовремя реагировать на заболевание животного и прочее. Подобные решения помогают и контролировать состояние животных, и повышать качество продукции, и следить за рентабельностью.
Зачем тут искусственный интеллект
Данные мало просто собрать и хранить — с ними надо работать. Это помогает сценариям предиктивной аналитики. Например, мы собрали данные, при этом мы знаем, где и когда эти данные были собраны, добавляем к этому объему расчеты проектных НИИ, информацию о событиях на производстве, включая нештатные, добавляем базовую информацию о процессах отрасли, неважно, энергетика это или сельское хозяйство. Нормализуем эти данные с помощью математики и моделей. А потом добавляем аналитику и предиктивную составляющую.
Модуль предиктивной аналитики выглядит так:
Это и есть построение предиктивных моделей. Существует контур, в котором данные моделируются, и системы, в которых они фиксируются. Кроме этого — тестовые наборы данных, наборы данных для обучения и, само собой, реальные данные. Это постоянный процесс, модель надо дообучать. Сейчас хорошим показателем для модели считается 90% точности. Среднее же значение пока у большинства моделей — 85-87.
В ходе подготовки к хакатону от участников поступали вопросы по теме.
Хотите ли вы заменить существующие SCADA на IIoT?
Хороший вопрос. На самом деле, существующие SCADA — они очень разные. Если рассматривать саму концепцию IIoT, SCADA под нее подходит, как и MES-системы, они тоже могут стоять в рамках IIoT. Это не говорит о том, что их надо менять, тут есть несколько вариантов.
IIoT-платформа подключается к MES-системе или SCADA уже готовой.
Когда происходит качественная замена оборудования, которому SCADA не нужна, потому что оно умеет все эти вещи делать оперативно на своем уровне.
Есть Edge-уровень, где SCADA оформлена в некоем fog-варианте.
То есть произойдет замена SCADA на SCADA в развернутом fog, это будет новые Edge-уровень платформы, управляемый централизованно, но находящийся на локальной точке. И в этой инфраструктуре будет разворачивать решение по сути та же SCADA, но уже в другом контуре управления.
Поэтому как класс SCADA никуда не уйдет, просто трансформируется.
Какие главные задачи сейчас стоят перед IIoT Ростелекома?
Сейчас это 4 сектора — сельское хозяйство, производство, ТЭК и энергетика. Цифровизация каждой из отраслей видится очень перспективной.
Интересны системы контроля людей на предприятиях — работают ли, насколько качественно, нарушают ли регламенты. Такие кейсы очень часто решают видеоаналитикой или контролем станков, за которыми работают люди, вот как завод, с которого мы брали датасет для задач. Подобным подходом завод увеличил производительность в два раза, просто потому, что стали смотреть: станок простаивает = им не пользуются. И тут дело не в том, что сотрудники работали так себе, там просто так сами процессы были устроены, что иногда возникали простои.
Сейчас актуальны производственные системы кайдзен или бережливое производство, в рамках системы управленцу требуются данные для принятия решений. Нужен сбор данных с приборов учета, нужна их визуализация. Я не случайно так часто говорю про визуализацию, она важна, потому что помогает взглянуть на один и тот же набор данных под разным углом.
О хакатоне
На призыв собраться и написать IIoT-решение для реального бизнеса мы получили 434 заявки, а участвовали в итоге 184 человека — 35 команд. Это начинающие разработчики, которые пробовали свои силы в новой для себя области.
Из них добрались до финиша и презентовали свои проекты 33 команды, 174 участника. Лучших из них мы отсматриваем на позиции в Ростелекоме. Вот как всё было.
Видеоверсия интервью здесь.
