Όταν η ασφάλεια συναντά τον βιομηχανικό αυτοματισμό

Η νέα εποχή των έξυπνων εργοστασίων

 Στο σύγχρονο βιομηχανικό περιβάλλον, η ασφάλεια και ο αυτοματισμός δεν μπορούν πλέον να αντιμετωπίζονται ως δύο διαφορετικοί και ανεξάρτητοι κόσμοι

Του Βλάση Αμανατίδη

Η μετάβαση στο Industry 4.0, η εξάπλωση του Industrial Internet of Things (IIoT), η αξιοποίηση της τεχνητής νοημοσύνης και η ολοένα μεγαλύτερη διασύνδεση των συστημάτων παραγωγής δημιουργούν ένα νέο τοπίο, όπου τα δεδομένα από τις μηχανές, τους αισθητήρες, τις κάμερες και τα συστήματα ελέγχου μπορούν να συνδυαστούν, προσφέροντας μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα της λειτουργίας μιας εγκατάστασης.

Για πολλά χρόνια, όμως, τα συστήματα φυσικής ασφάλειας και τα συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού αναπτύσσονταν ανεξάρτητα. Κάμερες, συστήματα ελέγχου πρόσβασης, ανίχνευση εισβολής και πυρασφάλεια λειτουργούσαν από τη μία πλευρά, ενώ PLC, SCADA, αισθητήρες, συστήματα ελέγχου και βιομηχανικά δίκτυα από την άλλη.

Η προσέγγιση αυτή εξακολουθεί να συναντάται σε πολλές εγκαταστάσεις. Όμως, όσο αυξάνεται η πολυπλοκότητα των παραγωγικών διαδικασιών, τόσο περισσότερο αναδεικνύεται η ανάγκη για ενοποίηση των πληροφοριών. Γιατί σε ένα σύγχρονο εργοστάσιο ένα περιστατικό σπάνια αφορά μόνο ένα σύστημα.

Η ασφάλεια ως αναπόσπαστο μέρος της παραγωγής

Οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις αντιμετωπίζουν ένα ευρύ φάσμα κινδύνων: μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση, κλοπές, δολιοφθορές, ατυχήματα, πυρκαγιές, διαρροές επικίνδυνων υλικών, παραβιάσεις διαδικασιών ασφαλείας αλλά και προβλήματα στον ίδιο τον εξοπλισμό.

Για την αντιμετώπισή τους χρησιμοποιείται ένα μεγάλο οικοσύστημα τεχνολογιών. Συστήματα βιντεοεπιτήρησης, access control, αισθητήρες εισβολής, περιμετρική προστασία, συστήματα πυρανίχνευσης και life safety αποτελούν βασικά εργαλεία για την προστασία ανθρώπων, εγκαταστάσεων και παραγωγικών διαδικασιών.

Ιδιαίτερη δυναμική παρουσιάζει τα τελευταία χρόνια η χρήση video surveillance σε συνδυασμό με τεχνητή νοημοσύνη και προηγμένα video analytics. Η κάμερα δεν περιορίζεται πλέον στην καταγραφή εικόνας. Μπορεί να αναγνωρίζει συγκεκριμένες συμπεριφορές, να εντοπίζει ανθρώπους σε απαγορευμένες περιοχές, να ανιχνεύει παραβιάσεις κανόνων ασφαλείας και να δημιουργεί alerts.

Με άλλα λόγια, η κάμερα εξελίσσεται από ένα παθητικό μέσο καταγραφής σε έναν ακόμη «αισθητήρα» του εργοστασίου.

Αυτή η αλλαγή είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ένα video analytics event μπορεί, για παράδειγμα, να υποδεικνύει ότι ένας εργαζόμενος εισήλθε σε μια ζώνη όπου δεν επιτρέπεται η παρουσία προσωπικού. Αν η συγκεκριμένη πληροφορία συνδυαστεί με δεδομένα από το access control ή από ένα σύστημα παραγωγής, το alert αποκτά πολύ μεγαλύτερη αξία.

Ο κόσμος του industrial automation

Στην άλλη πλευρά βρίσκονται τα συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού, τα οποία αποτελούν την «καρδιά» της σύγχρονης παραγωγής.

Αισθητήρες θερμοκρασίας, πίεσης, ροής και κραδασμών, accelerometers, PLC, DCS, SCADA, HMI, industrial PCs, gateways, industrial Ethernet switches, controllers και drives συνεργάζονται με actuators, όπως κινητήρες, βαλβίδες, αντλίες, μεταφορικές ταινίες και συστήματα θέρμανσης ή ψύξης.

Όλα αυτά τα στοιχεία παράγουν τεράστιους όγκους δεδομένων για την κατάσταση και τη λειτουργία μιας παραγωγικής εγκατάστασης.

Ενδιαφέρον έχει, μάλιστα, μια ευρύτερη προσέγγιση της έννοιας του «αισθητήρα». Σε ένα σύγχρονο βιομηχανικό περιβάλλον, αισθητήρας μπορεί να θεωρηθεί οποιοδήποτε τεχνολογικό αντικείμενο που παράγει χρήσιμα δεδομένα.

Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας μπορεί να δείξει την κατάσταση μιας περιοχής παραγωγής. Μια κάμερα με video analytics μπορεί να μετρήσει την κίνηση προϊόντων. Ένας ανιχνευτής καπνού μπορεί να προειδοποιήσει για μια επικίνδυνη κατάσταση. Ακόμη και ένα σύστημα access control μπορεί να παρέχει πληροφορίες για το ποιοι άνθρωποι βρίσκονται σε μια συγκεκριμένη περιοχή.

Το ζητούμενο, επομένως, δεν είναι μόνο η συλλογή των δεδομένων. Είναι η αξιοποίησή τους ως ενιαία πληροφορία.

 

Το πρόβλημα των «σιλό»

Παρά τη μεγάλη τεχνολογική πρόοδο, σε πολλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις η φυσική ασφάλεια, το IT και το OT εξακολουθούν να λειτουργούν ως ξεχωριστά περιβάλλοντα. Κάθε σύστημα μπορεί να λειτουργεί σωστά από μόνο του. Το πρόβλημα εμφανίζεται όταν ένα περιστατικό αφορά περισσότερα από ένα συστήματα.

Ας υποθέσουμε ότι μια παραγωγική μηχανή σταματά απροσδόκητα. Το σύστημα αυτοματισμού καταγράφει το συμβάν. Την ίδια στιγμή, μια κάμερα έχει καταγράψει τι συνέβαινε στην περιοχή, ενώ το access control γνωρίζει ποιοι εργαζόμενοι βρίσκονταν εκεί.

Χωρίς διασύνδεση, ο operator θα πρέπει να μετακινηθεί μεταξύ διαφορετικών εφαρμογών για να συνθέσει την εικόνα. Θα αναζητήσει το σχετικό alarm στο SCADA, στη συνέχεια θα εντοπίσει το κατάλληλο video, θα ελέγξει τα δεδομένα πρόσβασης και τελικά θα προσπαθήσει να καταλάβει τι ακριβώς συνέβη.

Η διαδικασία αυτή απαιτεί χρόνο και αυξάνει την πιθανότητα ανθρώπινου λάθους.

Το ζήτημα, λοιπόν, δεν είναι απαραίτητα ότι λείπουν δεδομένα. Συχνά το πρόβλημα είναι ότι τα δεδομένα παραμένουν κατακερματισμένα.

Και σε ένα περιβάλλον παραγωγής, ο χρόνος έχει ιδιαίτερη αξία. Μια καθυστέρηση στην κατανόηση ενός περιστατικού μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερο downtime, αυξημένο κόστος και, σε ορισμένες περιπτώσεις, σε κίνδυνο για ανθρώπους ή εξοπλισμό.

Από το alarm στο «context»

Η ενοποίηση Security και Industrial Automation μπορεί να αλλάξει σημαντικά αυτή την εικόνα.

Ένα alarm δεν χρειάζεται πλέον να αποτελεί ένα μεμονωμένο μήνυμα. Μπορεί να εμπλουτίζεται με πληροφορίες από άλλα συστήματα, ώστε ο operator να αποκτά αμέσως το απαραίτητο context.

Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας μπορεί να εντοπίσει απότομη αύξηση θερμοκρασίας σε μια περιοχή. Το σύστημα αυτοματισμού δημιουργεί το σχετικό alarm. Η πλατφόρμα ασφαλείας μπορεί ταυτόχρονα να εμφανίσει το video από τις κοντινές κάμερες, να ελέγξει αν υπάρχει παρουσία ανθρώπων στην περιοχή και να διασταυρώσει τα δεδομένα πρόσβασης.

Έτσι, αντί για ένα απλό μήνυμα «υψηλή θερμοκρασία», ο operator μπορεί να έχει μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα του περιστατικού.

Η διαφορά είναι ουσιαστική: από την απλή ανίχνευση ενός γεγονότος περνάμε στην κατανόηση του γεγονότος.

Ασφάλεια, safety και επιχειρησιακή συνέχεια

Τα οφέλη αυτής της προσέγγισης δεν περιορίζονται στη φυσική ασφάλεια.

Η ενοποίηση μπορεί να συμβάλει στην προστασία των εργαζομένων, στην ταχύτερη αντιμετώπιση έκτακτων περιστατικών και στη διατήρηση της παραγωγικής λειτουργίας.

Σε περίπτωση διαρροής αερίου, για παράδειγμα, ένα σύστημα θα μπορούσε, ανάλογα με τον σχεδιασμό της εγκατάστασης, να ενεργοποιήσει συναγερμό, να ξεκινήσει διαδικασία εκκένωσης, να ενημερώσει το προσωπικό, να διακόψει συγκεκριμένες λειτουργίες του εξοπλισμού και να μεταφέρει άμεσα το σχετικό περιστατικό στην ομάδα αντιμετώπισης.

Το ίδιο μοντέλο μπορεί να εφαρμοστεί σε μια σειρά άλλων σεναρίων.

Η ασφάλεια έτσι δεν λειτουργεί πλέον ως «φράγμα» γύρω από την παραγωγή. Ενσωματώνεται μέσα στην ίδια την επιχειρησιακή διαδικασία.

Από την αντίδραση στην πρόβλεψη

Ένα ακόμη σημαντικό βήμα αφορά την αξιοποίηση των δεδομένων για predictive operations.

Όταν δεδομένα από μηχανές, περιβαλλοντικούς αισθητήρες, συστήματα ασφαλείας και ανθρώπινη δραστηριότητα μπορούν να αναλυθούν συνδυαστικά, δημιουργείται η δυνατότητα εντοπισμού προειδοποιητικών ενδείξεων πριν εξελιχθεί ένα πρόβλημα.

Η ανάλυση κραδασμών μπορεί να υποδεικνύει πιθανή βλάβη μιας μηχανής. Η θερμοκρασία μπορεί να εμφανίζει μια μη φυσιολογική μεταβολή. Τα δεδομένα παραγωγής μπορούν να αποκαλύπτουν μια απόκλιση από τη συνήθη λειτουργία, ενώ το video analytics μπορεί να εντοπίσει αλλαγές στη συμπεριφορά ή στη ροή ανθρώπων και υλικών.

Όταν όλα αυτά τα δεδομένα εξετάζονται απομονωμένα, η αξία τους είναι περιορισμένη. Όταν συσχετίζονται, μπορούν να δημιουργήσουν ένα πολύ πιο ισχυρό μοντέλο αντίληψης της κατάστασης. 

Η AI αλλάζει και τον ρόλο της κάμερας

Σε αυτή τη νέα αρχιτεκτονική, η τεχνητή νοημοσύνη αναμένεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο.

Οι σύγχρονες κάμερες μπορούν να αναλύουν την εικόνα σε πραγματικό χρόνο και να παράγουν δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άλλα συστήματα.

Από τον εντοπισμό ανθρώπων σε επικίνδυνες περιοχές και την παρακολούθηση PPE μέχρι την ανίχνευση ασυνήθιστης συμπεριφοράς, τη μέτρηση αντικειμένων και την παρακολούθηση παραγωγικών διαδικασιών, το video μπορεί να μετατραπεί σε επιχειρησιακή πληροφορία.

Αυτό σημαίνει ότι η video surveillance παύει σταδιακά να αποτελεί ένα σύστημα που χρησιμοποιείται κυρίως μετά από ένα περιστατικό, για τη διερεύνησή του. Μπορεί να αποτελέσει ενεργό μέρος της πρόληψης και της επιχειρησιακής λήψης αποφάσεων. 

Ενοποίηση χωρίς εγκλωβισμό

Ένα κρίσιμο ζήτημα στην προσπάθεια ενοποίησης διαφορετικών τεχνολογιών είναι η διαλειτουργικότητα.

Η ενοποιημένη λειτουργία δεν σημαίνει υποχρεωτικά ότι όλα τα συστήματα πρέπει να προέρχονται από έναν και μόνο κατασκευαστή.

Η αξιοποίηση ανοικτών και τυποποιημένων interfaces και προτύπων, όπως τα ONVIF profiles στον χώρο του security, μπορεί να επιτρέψει τη συνεργασία διαφορετικών συσκευών και πλατφορμών.

Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι οποίες συχνά διαθέτουν εξοπλισμό διαφορετικών γενεών και κατασκευαστών. Η δυνατότητα διασύνδεσης νέων λύσεων με υφιστάμενες υποδομές μπορεί να περιορίσει το κόστος και να προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία.

Η πραγματική ενοποίηση, επομένως, δεν θα πρέπει να σημαίνει απαραίτητα «ένα σύστημα για όλα». Θα πρέπει να σημαίνει ότι διαφορετικά συστήματα μπορούν να συνεργάζονται αποτελεσματικά και με ασφαλή τρόπο. 

Η νέα εικόνα του ασφαλούς εργοστασίου

Η σύγκλιση φυσικής ασφάλειας, OT και βιομηχανικού αυτοματισμού αποτελεί μία από τις σημαντικότερες εξελίξεις στο περιβάλλον των σύγχρονων εγκαταστάσεων παραγωγής.

Το εργοστάσιο του Industry 4.0 δεν είναι απλώς ένα εργοστάσιο με περισσότερες αυτοματοποιημένες μηχανές. Είναι ένα περιβάλλον όπου ολοένα και περισσότερες συσκευές λειτουργούν ως πηγές δεδομένων και όπου η πραγματική αξία προκύπτει από τη δυνατότητα συσχέτισης αυτών των πληροφοριών.

Η κάμερα, ο αισθητήρας, το access control, το SCADA και ο PLC δεν χρειάζεται πλέον να αποτελούν ξεχωριστούς «κόσμους». Μπορούν να λειτουργούν ως διαφορετικά κομμάτια μιας κοινής εικόνας.

Το επόμενο βήμα για τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις δεν είναι, επομένως, απλώς να αποκτήσουν περισσότερα δεδομένα. Είναι να μπορούν να τα μετατρέπουν σε γνώση και, τελικά, σε δράση.

Σε ένα περιβάλλον όπου ένα περιστατικό μπορεί μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα να επηρεάσει ανθρώπους, εξοπλισμό, παραγωγή και επιχειρησιακή συνέχεια, η δυνατότητα να γνωρίζουμε όχι μόνο ότι κάτι συνέβη, αλλά και τι ακριβώς συμβαίνει, γιατί συμβαίνει και ποια είναι η σωστή αντίδραση, αποκτά καθοριστική σημασία.

Η ασφάλεια του σύγχρονου εργοστασίου δεν βρίσκεται πλέον μόνο στην περίμετρο. Βρίσκεται στη σύνδεση όλων των πληροφοριών που μπορούν να μας βοηθήσουν να προστατεύσουμε ανθρώπους, υποδομές και παραγωγική λειτουργία.

---

Πρακτικό παράδειγμα 1 : Αισθητήρας + Video Analytics

Όταν ένας αισθητήρας «μιλά» με την κάμερα

Σε μια παραγωγική εγκατάσταση, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας ανιχνεύει απότομη αύξηση της θερμοκρασίας κοντά σε μια μηχανή και δημιουργεί ένα alarm.

Σε ένα μη ενοποιημένο περιβάλλον, ο operator βλέπει απλώς την ένδειξη του alarm και χρειάζεται να αναζητήσει χειροκίνητα τι συμβαίνει στην περιοχή.

Σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα, το alarm μπορεί να ενεργοποιήσει αυτόματα την εμφάνιση του live video από τις κοντινές κάμερες. Παράλληλα, μπορούν να εμφανιστούν πληροφορίες για τη συγκεκριμένη μηχανή, την κατάσταση λειτουργίας της και την παρουσία εργαζομένων στην περιοχή.

Έτσι, το σύστημα δεν ενημερώνει απλώς ότι «υπάρχει υψηλή θερμοκρασία». Παρέχει στον operator το απαραίτητο context για να κατανοήσει άμεσα την κατάσταση και να αποφασίσει την κατάλληλη ενέργεια.

---

Πρακτικό παράδειγμα 2 : Πρόσβαση σε απαγορευμένη περιοχή

Από την παραβίαση πρόσβασης στην άμεση αντίδραση

Ένας εργαζόμενος ή επισκέπτης εισέρχεται σε μια περιοχή όπου επιτρέπεται η πρόσβαση μόνο σε εξουσιοδοτημένο προσωπικό.

Το access control καταγράφει την είσοδο, ενώ το video analytics της κάμερας επιβεβαιώνει την παρουσία ανθρώπου στη συγκεκριμένη ζώνη. Ταυτόχρονα, το σύστημα μπορεί να γνωρίζει εάν βρίσκεται σε λειτουργία κάποια επικίνδυνη μηχανή ή παραγωγική διαδικασία.

Αν τα συστήματα λειτουργούν ανεξάρτητα, δημιουργούνται διαφορετικά alerts τα οποία πρέπει να αξιολογηθούν ξεχωριστά.

Με την ενοποίηση, το περιστατικό μπορεί να αντιμετωπιστεί ως ένα ενιαίο event, συνδυάζοντας τα δεδομένα πρόσβασης, video και λειτουργίας του εξοπλισμού. Ανάλογα με τους κανόνες που έχουν οριστεί, μπορεί να ενεργοποιηθεί προειδοποίηση, να ειδοποιηθεί ο υπεύθυνος ασφαλείας ή να ξεκινήσει μια προκαθορισμένη διαδικασία αντίδρασης.

---

Πρακτικό παράδειγμα 3 : Διαρροή αερίου

Από την ανίχνευση στη διαχείριση μιας έκτακτης ανάγκης

Σε περίπτωση ανίχνευσης διαρροής αερίου, ο σχετικός αισθητήρας αποτελεί το πρώτο σημείο ανίχνευσης. Σε ένα ενοποιημένο περιβάλλον, όμως, η πληροφορία αυτή μπορεί να αποτελέσει την αφετηρία μιας ευρύτερης διαδικασίας.

Το σύστημα μπορεί, σύμφωνα με τα προκαθορισμένα σενάρια ασφαλείας της εγκατάστασης, να ενεργοποιήσει συναγερμό, να εμφανίσει τις κάμερες της συγκεκριμένης περιοχής, να ελέγξει την παρουσία ανθρώπων, να ενημερώσει το προσωπικό και να δώσει εντολές σε επιλεγμένα συστήματα του βιομηχανικού αυτοματισμού, όπως η διακοπή συγκεκριμένου εξοπλισμού.

Η αξία της ενοποίησης βρίσκεται εδώ στην ταχύτητα και στον συντονισμό: ένα μεμονωμένο sensor event μπορεί να μετατραπεί σε μια οργανωμένη διαδικασία αντιμετώπισης έκτακτης ανάγκης.

---