Хранилище технологических данных ПАО «ГМК «Норильский никель»

Хранилище технологических данных ПАО «ГМК «Норильский никель»

Опубликовано в номере:
PDF версия
В конце октября в Москве состоялся форум Wonderware-2018, ключевой темой которого стала «Цифровая трансформация производства и IIoT». Один из шагов к цифровой трансформации предприятия продемонстрировала компания «Норникель», представив доклад о создании хранилища технологических данных. Возможностям, которые может дать такое хранилище, и результатам проекта посвящена данная статья.

Предпосылки проекта

В 2014 г. развитие компании поставило на повестку дня вопросы, которые ранее не были в центре внимания. Было необходимо повысить эффективность оперативного управления, для чего требовались новые для «Норникеля» подходы. Перед управляющей командой была поставлена задача оценить текущее состояние автоматизации и информатизации производственных процессов, включая управление производством и планирование. Для этого был проведен анализ и аудит всех решений в области промышленной автоматизации, определены цели бизнеса и его потребности, разработана система ключевых показателей эффективности операционного блока и производственных подразделений компании.

В ходе исследования только в Заполярном филиале компании было выявлено около двухсот не связанных между собой информационных систем. При этом бизнесу катастрофически не хватало полной, достоверной, актуальной на любой момент времени информации. Например, любой запрос на производство вызывал стандартный ответ: «На подготовку ответа требуется две недели». Через две недели по поводу полученной информации возникает новый вопрос, а ждать на него ответ нужно опять две недели.

В таком режиме на формирование и согласование только одного варианта годового производственного плана требовалось несколько месяцев. При этом на самом деле надо было формировать не один, а 10–12 вариантов плана, проводить их сравнение по разным показателям, чтобы выбрать наиболее оптимальный, технологически и экономически эффективный вариант. Уже по этому, оптимальному, плану необходимо было обеспечить качественный контроль исполнения и достижения целевых производственных показателей. При том уровне информационного взаимодействия и развития ИТ-инфраструктуры, который был у «Норникеля» в 2014 г., сделать это было невозможно.

Так возникло понимание, что необходимо работать не над отдельными задачами, а над тем, чтобы всю компанию и все ключевые бизнес-процессы перевести в новое целевое состояние.

Было намечено пять направлений, в которых мы собирались действовать, чтобы в это состояние перейти: управление производством, аналитика и отчетность, планирование, информационно-методологическая поддержка, подземная связь и позиционирование. Определив целевые бизнес-процессы, мы перешли к поиску решений в области автоматизации, которые позволяют значительно повысить эффективность предприятия. Были выбраны наиболее оптимальные решения, спланирована архитектура, описаны информационные потоки, сформирована последовательность внедрения, определены ожидаемые результаты и ключевые цели бизнеса.

В результате появилось 45 взаимо­увязанных проектов, включая архитектурные, организационные, бизнес-проекты, вошедшие в программу повышения операционной эффективности под названием «Технологический прорыв». Реализация программы была разделена на три этапа, из которых первые два — инфраструктурные, предполагающие предоставление руководителям и специалистам необходимых инструментов для работы. А третий этап — это изменение процессов работы, т. е. уже перевод бизнеса в новое состояние.

Под инструментами для работы подразумевались горно-геологическая система, система планирования производства, управление промышленными активами, системы формирования материальных и энергетических балансов и много других систем. Все они должны были позволить получить базовые условия, с помощью которых можно совершить переход в новое бизнес-состояние.

К тому моменту в «Норникеле» уже было создано более двухсот систем уровня АСУ ТП на площадках, внедрено огромное количество систем класса MES и много прочих информационных систем. Но все они существовали разрозненно, не были интегрированы ни в разрезе процессов, ни в части интерфейсов обмена данными, ни в смысле использования единой нормативно-справочной информации. Получить из этих систем документ, под которым руководитель поставил бы свою подпись, оказалось невозможным — слишком много систем и информации. При этом достоверность данных вызывала сомнения, полнота была неудовлетворительная, структура сбора, хранения данных и предоставления их пользователям — у всех разная.

Поэтому было принято решение создать единое хранилище технологических данных, в которое можно будет собрать информацию с уровня датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров, АСУ ТП, существующих информационных систем — упорядочить их, нормализовать, привести в единое состояние и предоставлять всем потребителям данных (рис. 1).

Функциональные рамки проекта - Норникель

Рис. 1. Функциональные рамки проекта

Также было решено сделать единую систему производственной отчетности и аналитики, на основе которой можно выстраивать процессы оперативного планирования и управления производством. И еще одной целью стало внедрять и развивать системы класса BI (Business Intelligence), в которых производственные показатели и KPI будут связаны с экономическими, чтобы всегда можно было увидеть и оценить экономический эффект наших действий, идей и инициатив. Наконец, все системы и процессы по всей компании необходимо было выстроить на базе единой нормативно-справочной информации.

 

Выбор платформы хранилища технологических данных

Выбор партнеров для организации хранилища технологических данных проводился по примерно 150 критериям.

Оценивались, например, возможности платформ по сбору данных от разнородного парка АСУ ТП, используемых нашими предприятиями. Важными критериями были наличие, эффективность и производительность решений для обмена данными с информационными системами предприятия и реляционными базами данных. В условиях отсутствия единой нормативно-справочной информации, стандартов по классификации и кодированию технологических параметров также критичными были характеристики, связанные с функциональностью средств построения метамоделей и управления шаблонами метаданных.

Поскольку речь шла о создании хранилища для одной из крупнейших горно-металлургических компаний мира, с соответствующими объемами данных, особое внимание уделялось оценке критериев, связанных с функционированием самого хранилища. Как реализована защита данных от потери? Как выполняется управление качеством данных? Как обеспечивается сжатие и хранение данных? Какую скорость чтения и записи данных обеспечивает платформа?

В отдельную группу были выведены критерии, позволяющие оценить зрелость продукта и уровень развития экосистемы платформы в России, такие как:

  • наличие и количество успешных внедрений в России и в горно-металлургической отрасли в частности;
  • наличие, количество, квалификация и кадровые ресурсы системных интеграторов в России;
  • возможность предоставления услуг техподдержки на русском языке;
  • открытость системы и качество ее документирования, позволяющие выполнять функции техподдержки и развития системы собственными силами заказчика.

В результате встреч с разными поставщиками и интеграторами, сравнения доступных на рынке платформ было принято решение, что для «Норникеля» лучшим выбором является платформа Wonderware. В тендере по реализации проекта на базе уже выбранной программной платформы победила компания «Сумма технологий».

 

Подход к реализации информационной модели производства

Работа над проектом начиналась в ситуации отсутствия какой-либо стандартизации процессов сбора и хранения данных, когда одни и те же параметры на разных площадках абсолютно по-разному назывались, измерялись, рассчитывались, а точность, глубина и длительность их хранения в разных системах сильно варьировались. Например, в одном подразделении учитывали шпурометры, в другом — погонные метры, в третьем — просто метры, а физика, методика учета и планирования этих показателей разная. В одной системе хранились поминутные данные, в другой — почасовые или суточные, время ввода данных также могло отличаться.

Именно начальный этап реализации проекта оказался наиболее трудоемким. На этом этапе необходимо было построить первую для «Норникеля» полную информационную модель производства, единую систему классификации и кодирования, заняться формализацией, нормализацией и стандартизацией процессов производственного учета.

В продуктах Wonderware используется объектно-ориентированный подход к построению информационных моделей производства на основе шаблонов. Поэтому сначала компанией «Сумма технологий» при участии специалистов «Норникеля» были определены и созданы шаблоны объектов разного типа: элементов организационной структуры компании, точек измерения, оборудования, технологических параметров и т. д. Для каждого шаблона были описаны атрибуты, логика обработки данных, алгоритмы преобразований и архивации. На основе этих шаблонов в системе уже проводилась конфигурация всех информационных объектов (рис. 2).

Информационная модель хранилища технологических данных - Норникель

Рис. 2. Информационная модель хранилища технологических данных

В результате этой работы удалось, во-первых, привести все данные в хранилище к единому знаменателю в части наименования параметров и алгоритмов предварительной математической обработки. Во-вторых, за счет поддержки механизмов создания объектов по шаблонам, а также наследования и автоматического распространения изменений на все производные от шаблона, специалисты из компании-интегратора смогли в разумные сроки сконфигурировать в системе более 110 тыс. параметров и при этом обеспечить гибкость в эксплуатации и развитии системы (рис. 3). Если мы решим поменять алгоритмы по отдельной группе параметров, мы будем делать это именно для группы, а не для каждого параметра в отдельности.

Интерфейс создания нового параметра в системе

Рис. 3. Интерфейс создания нового параметра в системе

 

Подход к сбору, обработке и хранению данных

В ходе проекта обеспечена возможность собирать в хранилище данные из различных источников: в первую очередь из систем управления технологическими процессами и производственных информационных систем. Сбор показателей работы технологического оборудования осуществляется с помощью стандартных средств Wonderware для получения информации напрямую из ПЛК, SCADA, а также из систем, базирующихся на таких системах управления базами данных, как MS SQL Server, Oracle, DB2, Paradox и др. В настоящее время с хранилищем уже интегрированы более 80 систем АСУ ТП и 25 информационных систем управления (рис. 4).

Структура хранилища данных Норникеля

Рис. 4. Структура хранилища данных

Для предотвращения потери информации во время передачи между серверами сбора данных, установленных на предприятиях, и хранилищем предусмотрен промежуточный буфер, в котором информация накапливается в период потери связи. При восстановлении связи данные передаются в хранилище с сохранением метки времени и качества.

Отдельной задачей было обеспечение необходимой для смежных систем скорости предоставления данных, потому что требовалось собирать, записывать и выдавать из хранилища очень много тегов в единицу времени — например, для того чтобы предоставить данные для системы формирования баланса металлов. Было рассмотрено много возможных решений этой задачи, но в итоге мы получили устойчиво работающую архитектуру двухуровневого резервированного хранилища, которая позволила нам достигнуть целевых показателей по отказоустойчивости системы, а также по скорости сбора, обработки и передачи данных в смежные системы.

 

Использование данных

Сегодня хранилище обеспечивает данными несколько информационных систем, в частности: систему формирования баланса металлов на базе ПО Honeywell, систему оперативного управления производством на базе ПО Wonderware, системы производственного планирования и управления ремонтной деятельностью на базе ПО SAP. Все новые проекты — например, проект по внедрению системы оперативного управления подземными горными работами, недавно стартовавший сразу на всех рудниках, — также завязываются на взаимодействие с хранилищем, которое используется как единственная точка получения данных о состоянии производства.

Сегодня пришло время следующего этапа работы с данными в хранилище. Предполагается использовать системы, связанные с машинным обучением, искусственным интеллектом, нейросетями, для того чтобы проводить дальнейшую аналитическую обработку полученных данных.

С помощью этих данных мы развиваем два направления. Одно из них — диагностика технического состояния и предсказание отказов оборудования, предиктивное техническое обслуживание. А второе — формирование профиля операторов самоходных подземных машин, оценка эффективности их работы и поиск источников ее повышения. И основным поставщиком информации для двух этих направлений является как раз хранилище технологических данных.

Хранилище используется при создании замкнутой системы планирования и контроля выполнения планов, предназначенной для выполнения различных задач: от управления жизненным циклом месторождения до планирования и контроля результатов работы отдельных диспетчеров и операторов. В системе диспетчеризации формируется и доводится до каждого мастера сменное задание, факт исполнения которого можно отследить. Каждый исполнитель, будь то оператор погрузочно-доставочной или буровой машины, мастер или диспетчер, видит свое плановое задание, накопленный факт и прогноз по выполнению задания и понимает, будет при такой работе сегодня выполнен план или нет. В этой схеме меняются функции диспетчера. Если раньше его основной задачей было добыть информацию и составить диспетчерский рапорт, то теперь все это происходит автоматически. Сегодня диспетчер, как участник процесса выполнения производственного плана, получает набор личных почасовых заданий и ищет способы повысить эффективность работы предприятия.

Какое место в этом процессе занимает хранилище технологических данных? В нем консолидируется информация по фактическим показателям: все, что собирается с каждого борта, с каждого датчика, с каждой единицы оборудования, передается в реальном времени диспетчеру, плановику. За час до завершения текущей смены плановик, понимая прогноз на завершение смены, оглядываясь на суточный и декадный план, формирует задание для следующей смены. Конечно, иногда под угрозой оказывается выполнение декадного плана. Информацию об этом через хранилище получают на следующем уровне планирования, где соответствующая команда смотрит, что и как исправить, нужно ли откорректировать план на следующую декаду, месяц, квартал.

 

Эффект от внедрения хранилища

В результате создания хранилища технологических данных были достигнуты показатели, поставленные перед началом проекта:

  • Проведена стандартизация и унификация процедур сбора и передачи данных.
  • Реализованы интерфейсы сбора данных от 81 АСУ ТП и 25 информационных систем управления производством, используемых в подразделениях компании, обеспечены возможности по добавлению новых источников данных.
  • Предусмотрен полный контроль над соблюдением корпоративных правил информационной безопасности.
  • Обеспечена целевая скорость записи и чтения данных из хранилища.
  • Выполнены работы по минимизации нагрузки на серверы при передаче данных.

Главным результатом данного проекта стало, безусловно, создание информационной базы для реализации проектов программы «Технологический прорыв», направленных на повышение экономической эффективности работы компании «Норникель». Если само хранилище технологических данных было включено в разряд так называемых базовых, инфраструктурных, проектов, оценить экономический эффект которых достаточно тяжело, то завязанные на него проекты имеют уже четкие цели по возврату инвестиций. По нашим расчетам, срок окупаемости программы составит 2,5 года. В первый год мы планируем вернуть компании $36 млн, в каждый последующий — еще не менее $40 млн в год.


Сергей Орешкин, генеральный директор ООО «Сумма технологий» (г. Санкт-Петербург)

Сергей Орешкин, генеральный директор ООО «Сумма технологий» (г. Санкт-Петербург)

В рамках этого проекта были установлены жесткие целевые показатели по скорости сбора, обработки и передачи данных в смежные системы. При поддержке проектной команды «Норникеля» была проведена большая работа по построению информационной модели производства, классификации и кодированию технологических и производственных показателей, определению оптимальной архитектуры системы сбора и хранения данных. Нагрузочные и функциональные тесты показали, что целевые показатели этого проекта были достигнуты.

Уверен, что теперь, при наличии доступа к достоверным данным по фактическим производственным показателям, скорость появления и реализации новых инициатив компании «Норникель» по повышению операционной эффективности будет только расти.


Форум Wonderware-2018 состоялся в Москве 23 октября

Wonderware — один из лидеров на рынке программного обеспечения уровня SCADA и MES в индустриальной автоматизации и промышленном «Интернете вещей» (IIoT).

Форум собрал вместе людей, для которых «цифровая трансформация» —это не модный термин, а реальность и каждодневная работа.

Свои доклады представили как специалисты компании Wonderware, так и ее партнеры и клиенты — AVEVA, Schneider Electric, Ocean Data Systems, Miscosoft, ПАО «ГМК «Норникель», «Красцветмет», ГК «ИНТМА».

Организатором мероприятия выступило АО «Клинкманн СПб» (Wonderware Russia), независимый партнер и авторизованный дистрибьютор программного обеспечения Wonderware.

Форум в цифрах:

  • 23 спикера
  • 300+ участников
  • 190 компаний
  • 2200+ участников онлайн-трансляцииФорум Wonderware-2018

Елена Сапунова, директор по ключевым клиентам ГК ACTIVE CIS (г. Екатеринбург)

Елена Сапунова, директор по ключевым клиентам ГК ACTIVE CIS (г. Екатеринбург)

Инжиниринговая компания ACTIVE CIS занимается внедрением проектов «под ключ» —иными словами, мы делаем все, начиная от строительства промышленных объектов и заканчивая реализацией АСУ ТП, общей диспетчеризацией и MES. В последнем нам очень помогает компания Klinkmann.

Конкретно наше подразделение называется «АСУ-нефть», мы работаем с проектами в нефтяной промышленности, но сейчас начинаем налаживать сотрудничество и с металлургическими компаниями. Благодаря ПО Wonderware, которое предоставляет нам компания Klinkmann, у нас есть возможность расширять бизнес, есть большое поле для деятельности.

За прошлый год мы завершили несколько проектов с применением ПО Wonderware. Например, на одном из новых нефтяных месторождений Западно-Сибирского региона мы полностью построили АСУ ТП, реализовали все уровни системы. Сотрудники Klinkmann оказали нам в этом проекте большую поддержку и всегда ее оказывают. Когда мы выезжаем к заказчику и нам нужна техническая экспертиза, они нас сопровождают. Кроме того, у нас есть механизм поддержки проектов: мы заявляем о нашем желании участвовать в какой-либо реализации, а Klinkmann формирует спецификации, вместе с нами посещает заказчика и дает рекомендации, как правильно развивать проект. У нас очень комфортное сотрудничество — тем более, что практически всех сотрудников Klinkmann я знаю лично, потому что достаточно долгое время сама работала в этой компании.

Мне кажется, что формат форума Wonderware не только современный, но и очень удобный. Здорово, что можно самому выбрать темы докладов, которые тебе наиболее интересны. Мне, например, в этот раз хотелось больше узнать о проектах в нефтегазовой отрасли и металлургии.


Олег Давыденко, руководитель практики MES ОАО «Красцветмет» (г. Красноярск)

Олег Давыденко, руководитель практики MES ОАО «Красцветмет» (г. Красноярск)

Наша компания производит драгоценные материалы — золото, серебро и металлы платиновой группы. С 2013 г. в компании происходит активное развитие ИТ-ландшафтов, и одна из составляющих этого процесса — система управления производством класса MES.

Пять лет назад мы начали сотрудничество с Klinkmann и совместно с внешним подрядчиком реализовали несколько проектов. Затем мы обучили сотрудников «Красцветмета» и продолжили свое развитие в рамках сотрудничества с дистрибьютором. Уже работая как внутренний интегратор, мы успешно реализовали три крупных проекта. На форуме мы выступаем и в качестве заказчика услуг, и в роли интегратора — необычная ситуация.

Я участвую в партнерских форумах Wonderware с 2014 г. и могу сказать, что проходят они на неизменно высоком уровне — что на московской площадке, что в Петербурге. Очень полезна возможность организации трехсторонних встреч: дистрибьютор + интегратор + конечный пользователь. Всегда есть место, где можно обменяться мнениями, построить планы. С этой точки зрения форум — очень продуктивное и нужное мероприятие.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *