Que soluções a Rostelecom possui para o IIoT

Oi

Recentemente, juntamente com a Geekbrains, realizamos um hackathon dedicado à Internet industrial das coisas IIoT e agora começamos a publicar uma série de entrevistas com nossos especialistas. O primeiro deles é uma conversa com Nikolai Chevalier, arquiteto-chefe do escritório de projetos da Internet Industrial das Coisas, Rostelecom.



A Nikolay lhe dirá qual é a Internet industrial das coisas e como ela difere da IoT usual, bem como sobre as soluções que a Rostelecom já possui.

Sob o corte - sobre o papel da IIoT na automação de sistemas habitacionais, agricultura, escritórios inteligentes e muito mais.



Nikolay Chevalier: este slide é um reflexo de todos os aspectos tecnológicos que podem, de uma forma ou de outra, estar presentes em projetos industriais da Internet. Como você pode ver na figura, há muitos aspectos, por isso vou falar brevemente sobre cada um deles.

Internet industrial

De um modo geral, a Internet industrial é uma nova rodada de automação, que permite alcançar um nível de qualidade mais alto em vários setores. Aqui estamos falando sobre agricultura, energia nuclear e metalurgia. De fato, essa é uma subseção da Internet, mas se concentra especificamente em soluções industriais. A estrutura da imagem deve ser vista de baixo para cima - dos sensores aos sistemas de informação.

Sensores e dispositivos coletam informações de sistemas físicos e ciberfísicos, e isso nos permite trabalhar com esses dados. Aqui temos todos os tipos de sensores, robôs, análise de vídeo, sistemas de segurança (segurança familiar e segurança do trabalho).

Nível pai - Borda , são sistemas localizados próximos aos dispositivos em produção. Diretamente nas fábricas nos contornos dos processos tecnológicos. ACS TP (sistema de controle automático de processo), alarmes de incêndio e sistemas similares que exigem um atraso mínimo da ocorrência de um evento até a reação a ele.

Ainda mais alta é a Rede de transferência de dados , cuja tarefa é transferir esses dados para os centros de informática para processamento adicional. Redes de rádio, redes overlay, redes fixas. A propósito, qual é a diferença: redes fixas são linhas ópticas que carregam a espinha dorsal de todo o sistema de comunicação em geral. Não haverá, não haverá comunicações de rádio, porque as comunicações de rádio sem óptica não funcionarão. Essa última milha de comunicação por rádio permite conectar dispositivos de maneira eficiente e rápida sem puxar o cabo. Mas até essa última milha, é necessário um cabo. Redes sobrepostas são sistemas de roteamento e gerenciamento de tráfego, com a ajuda deles é possível organizar redes privadas dedicadas sobre qualquer estrutura com o nível de proteção necessário.

Depois das redes - a infraestrutura dos data centers (aqui, armazenamento, servidores, IDS, firewalls) e software para trabalhar com informações (virtualização).

No mesmo nível, o conjunto clássico são os próprios data centers, armazenamento de dados, serviços de backup, IaaS e similares ...

Separadamente, observo um software que permite organizar o trabalho com dados , bem como o processamento e armazenamento deles. Ainda existe uma tendência muito ativa em termos de computação em memória, blockchain (em uma das opções utópicas para o desenvolvimento de tecnologia, diferentes soluções IIoT poderão interagir entre si como parte de contatos inteligentes).

O próximo nível global são sistemas mais inteligentes . Inteligência artificial, vários tipos de cobrança, sistemas de gerenciamento de produção, monitoramento de segurança, coleta de dados de todos os níveis de segurança usando sistemas de análise e inteligência artificial.

Em geral, este é um breve esboço da organização da IIoT. O importante é: sistemas especiais de segurança da informação são aplicados em cada nível. E uma solução protegida só pode ser considerada quando todos os seus níveis estão protegidos e todos os processos organizacionais dos funcionários que interagem com essa solução são levados em consideração.

Mais detalhado

Redes

Este slide é sobre LP WAN. São redes de longa distância com eficiência energética. Os padrões mais famosos e estabelecidos são LORA-WAN, SigFox, LTE-Cat NB (NB-ioT), LTE-CAT M1. Para entender o nível de ação dessas redes, é mais fácil comparar com as domésticas. Aqui temos todo o Bluetooth - trata-se de operação e comunicação estáveis ​​com dispositivos dentro de um raio de alguns metros a algumas dezenas de metros. Depois vem a rede celular - 2G, 3G, 4G. E já está por trás deles a LP WAN, as redes de longo alcance, que possuem o maior raio de cobertura e permitem atingir um certo nível de eficiência energética. Por exemplo, existe um medidor de gás que transmite leituras uma vez em um determinado momento, e você não pode trocar a bateria por 10 anos.

Proteção de Data Center

Aqui está um slide de nossos colegas no campo da segurança da informação que mostra ameaças comuns.



Obviamente, se o serviço funcionar apenas por alguns IPs, você pode simplesmente fechar o circuito e já fornecer o nível de proteção necessário. Mas se este é um serviço aberto que envolve usuários interagindo com ele, ameaças familiares já podem ser adicionadas aqui. Bots de spam, ataques de hackers, DDoS e outros benefícios. Para proteger contra isso, é usado um grande número de meios técnicos de proteção que, em caso de emergência, alertam os centros de operações de segurança - guardas de segurança especialmente treinados ficam sentados e reagem a determinados eventos.

Habitação e serviços comunitários

Para serviços de habitação e comunais, existe um serviço especial desenvolvido em Rostelecom, que permite automatizar o recebimento de dados de dispositivos de medição localizados no apartamento de quase todos: água, medidores de eletricidade, individuais e comunitários. Se anteriormente esses valores precisavam ser inseridos manualmente, o que leva a uma perda de tempo e à transferência de leituras não totalmente corretas, agora na Federação Russa já existem vários complexos em que a participação humana nesse processo é completamente excluída. Todas essas coisas são automatizadas com sucesso e elas próprias coletam leituras de todos os sensores e as transmitem para empresas de gerenciamento e fornecimento de recursos.

Energetics

Além dos serviços habitacionais e comunitários em geral, desenvolvemos uma solução abrangente e especial para medição de eletricidade. A terrível abreviação ASKUE no slide é apenas um sistema automatizado para a contabilidade comercial de eletricidade. O que ela faz é claro pelo nome. São medidores instalados nas próprias subestações, nos pontos de conexão do usuário, nas instalações de geração - tudo isso permite que os engenheiros de energia entendam a eficiência dos serviços. O esquema de trabalho é simples: dispositivo de medição - link do canal de comunicação - DPCs - um aplicativo que visualiza e processa dados.

Escritório inteligente

A solução de escritório inteligente ajuda a corrigir vários indicadores importantes para o trabalho confortável de uma pessoa no espaço do escritório. Antes de tudo, esses são os níveis de CO2 e luz que geralmente são subestimados, assim como o consumo total de eletricidade. Existem duas lebres ao mesmo tempo: é mais confortável para os funcionários trabalharem e ajuda o pessoal de operação a economizar devido ao uso mais racional dos recursos.

Monitoramento da produção

Além dos escritórios, existem indústrias mais perigosas onde é necessário reduzir possíveis ferimentos e monitorar o pessoal. A idéia principal aqui é saber que o funcionário está bem com a saúde e que ele é onde é necessário e não onde não está. Para plantas com muitas engrenagens móveis, isso é crucial. Existem muitos sensores diferentes, desde analisadores de gás a pulseiras que monitoram o pulso e o estado do funcionário e sua localização. Isso ajuda a notificar o sistema a tempo de que o funcionário apareça repentinamente onde está em perigo agora (por exemplo, um guindaste está em movimento ou o gás está planejado para ser liberado). Nesse caso, o sistema suspende a operação, notifica automaticamente a pessoa responsável e aguarda até que uma pessoa saia da zona de perigo. E também existem capacetes inteligentes que detectam a presença de choque ou ácido em sua superfície e notificam imediatamente o pessoal responsável pela segurança industrial.

Agricultura

A agricultura enfrentou a tarefa de gerenciar o controle do movimento das culturas. Isso significa que era necessário entender quando a colheitadeira é descarregada, quando o módulo de transporte está carregando. É importante observar com antecedência que a combinação moderna é muito diferente daquela em que o lobo montou em “Espere um minuto” - hoje é uma máquina séria equipada com um computador de bordo, que informa o sistema principal sobre seu status e telemetria. Isso já é uma realidade, essas combinações estão na Federação Russa, incluindo modelos não tripulados.

Obviamente, o que estamos fazendo agora é voltado especificamente para a atual frota de veículos - eles não são tripulados, mas ainda “inteligentes”, automatizamos o processo de seleção dos próprios dispositivos e criamos um sistema de controle para trabalhar com eles.

Monitoramento de gado

Na Rostelecom, em conjunto com outras empresas, implementamos o monitoramento de gado. A tarefa da agricultura aqui era essa - é necessário entender quando as vacas estão prontas para procriar, estejam doentes ou não, onde exatamente elas pastam. Tudo isso é importante para determinar os melhores momentos - para entender se a vaca está pronta para acasalar ou se sua cabeça dói, se é hora de deixar os touros ou esperar, para reagir a tempo à doença do animal e assim por diante. Essas soluções ajudam a controlar a condição dos animais, melhorar a qualidade do produto e monitorar a lucratividade.

Por que existe inteligência artificial

Não basta coletar e armazenar dados - você precisa trabalhar com eles. Isso ajuda a cenários de análise preditiva. Por exemplo, coletamos dados, enquanto sabemos onde e quando esses dados foram coletados, adicionamos a este volume os cálculos dos institutos de pesquisa em design, informações sobre eventos industriais, incluindo contingências, informações básicas sobre processos industriais, não importa se é energia ou agricultura . Normalizamos esses dados usando matemática e modelos. E então adicionamos análises e um componente preditivo.

O módulo de análise preditiva fica assim:



Essa é a construção de modelos preditivos. Há um circuito no qual os dados são modelados e os sistemas nos quais eles são registrados. Além disso - teste de conjuntos de dados, conjuntos de dados de treinamento e, é claro, dados reais. Este é um processo contínuo, o modelo deve ser treinado ainda mais. Agora, um bom indicador para o modelo é 90% de precisão. Até agora, o valor médio na maioria dos modelos é de 85 a 87.

Em preparação para o hackathon, os participantes receberam perguntas sobre o tema.

Deseja substituir o SCADA existente pelo IIoT?

Boa pergunta De fato, os SCADAs existentes são muito diferentes. Se considerarmos o próprio conceito de IIoT, o SCADA é adequado para ele, como os sistemas MES, eles também podem permanecer no IIoT. Isso não significa que eles precisam ser alterados, existem várias opções.

A plataforma IIoT está conectada ao sistema MES ou o SCADA já está pronto.
Quando há uma substituição de equipamento de alta qualidade que o SCADA não precisa, porque ele sabe fazer tudo rapidamente em seu próprio nível.
Há um nível de borda em que o SCADA é enquadrado em uma determinada versão de neblina.

Ou seja, o SCADA será substituído pelo SCADA no nevoeiro implantado; será o novo nível de borda da plataforma, gerenciado centralmente, mas localizado em um ponto local. E nessa infraestrutura, a solução implantará essencialmente o mesmo SCADA, mas em um loop de controle diferente.

Portanto, como uma classe SCADA, ela não vai a lugar algum, é simplesmente transformada.

Quais são os principais desafios enfrentados pela IIoT da Rostelecom?

Agora, esses são 4 setores - agricultura, produção, setor de combustíveis e energia e energia. A digitalização de cada uma das indústrias parece muito promissora.

Os sistemas de controle de pessoas nas empresas são interessantes - eles funcionam, com eficiência, violam os regulamentos. Esses casos geralmente são resolvidos pela análise de vídeo ou pelo controle das máquinas para as quais as pessoas trabalham, é assim que a fábrica da qual tiramos o conjunto de dados para tarefas. Com essa abordagem, a fábrica dobrou sua produtividade, simplesmente porque começaram a parecer: a máquina está ociosa = não é usada. E aqui a questão não é que os funcionários trabalhem de maneira tão certa, os próprios processos foram organizados ali exatamente assim, às vezes houve períodos de inatividade.

Atualmente, os sistemas de produção kaizen ou produção enxuta são relevantes; como parte do sistema, o gerente precisa de dados para tomar decisões. Precisamos coletar dados de dispositivos de medição, precisamos da visualização deles. Não é por acaso que falo frequentemente sobre visualização, é importante porque ajuda a olhar para o mesmo conjunto de dados de diferentes ângulos.

Sobre hackathon

Para a ligação para reunir e escrever uma solução IIoT para negócios reais, recebemos 434 aplicativos e, como resultado, 184 pessoas participaram - 35 equipes. Esses são desenvolvedores iniciantes que tentaram trabalhar em um novo campo.

Destas, 33 equipes chegaram à linha de chegada e apresentaram seus projetos, 174 participantes. Estamos procurando o melhor deles para posições na Rostelecom. Foi assim que foi.

Versão da entrevista em vídeo aqui .