Интернет вещей своими руками

Необязательно ждать, когда на рынке появятся интеллектуальные системы Интернета вещей для вашей отрасли. Если хорошо знаешь свою цель, в ряде случаев «умным» свое оборудование можно разработать самому. Причем такие проекты далеко не всегда требуют больших инвестиций, они окупаются весьма быстро. В этом убедилось руководство расположенного в подмосковном Ногинске Богородского полиграфического комбината, основной объем продукции которого составляют полноцветные газеты и журналы, высококачественные рекламные проспекты и брошюры.

«В принципе ничто не мешает взять не наделенное электронным интеллектом “железо”, установить на него датчики и отслеживать его работу, — делится опытом Михаил Борисов, генеральный директор БПК. — Теперь мы ясно представляем, что для этого нужно».

«Дешевеющие на глазах массовые элементы промавтоматизации позволяют наделить интеллектом купленное 10–15 лет назад оборудование, в реальном времени отслеживать его работу и принимать оптимальные бизнес-решения», Михаил Борисов, генеральный директор Богородского полиграфического комбината

Идея пилотного проекта в области Интернета вещей на БПК, где с помощью цифровых датчиков удалось заметно повысить «интеллект» одной из печатных машин, была сугубо прагматической: обеспечить мониторинг (в том числе удаленный) основных параметров работы машины и получение оперативной информации о ней в реальном времени, чтобы снизить простои и затраты расходных материалов и бумаги, а также электричества и газа. Кроме того, проект был призван автоматизировать, сделав менее затратным, более точным и оперативным, учет рабочего времени и разнесение затрат ресурсов (в том числе трудовых) по отдельным заказам.

По словам Борисова, в типографских машинах, установленных отечественными предприятиями лет 10–15 назад, «умная» электроника, способная передавать цифровые данные о себе или хотя бы формировать файлы отчетов, встречается очень редко — разве что в самых «богатых» комплектациях. На более ранних машинах даже микроконтроллерные системы контроля и управления — редкость, а уж о возможности телеметрии через Интернет или беспроводные сети тогда и речи не шло. Вместе с тем полиграфический ресурс таких машин, в том числе используемой в БПК рулонной офсетной печатной машины Heidelberg Web16, на которой был реализован пилотный проект, к настоящему времени выработан едва ли на четверть — они еще могут успешно работать многие-многие годы. Взять готовое решение для цифровизации машины по разумной цене было просто негде — стоимость «фирменных» продуктов измеряется сотнями тысяч евро, поэтому пришлось разрабатывать его самостоятельно.

Объективной предпосылкой к реализации проекта стала ситуация в отрасли. «Предприятия полиграфии, как и весь бизнес, связанный с издательской деятельностью, сегодня переживают непростые времена — падают тиражи печатаемых книг и журналов, снижаются обороты и прибыль, поэтому приходится оптимизировать производственные и бизнес-процессы, — рассказывает Борисов. — Многие предприятия стремятся снизить затраты на производство. В первую очередь они ищут возможности для уменьшения потерь. Кроме того, чтобы оставаться на плаву, надо быть исключительно гибким, браться за самые нестандартные заказы и при этом быстро и точно рассчитывать их цену — ошибки здесь недопустимы».

Внешний мозг

Инициатором и руководителем проекта выступил сам генеральный директор БПК. В команду проекта вошли также штатный электронщик (он контролирует работу встроенной интеллектуальной «начинки» печатных машин) и один программист-фрилансер, реализовавший прототип основанной на веб-технологиях системы мониторинга.

Как выяснилось, электронных работ в ходе цифровизации производственного оборудования требуется не так много, гораздо больше времени потребовали прокладка защищенных от производственных помех кабелей (длина печатной машины составляет 36 метров) и подключение к ним датчиков.

На печатную машину были установлены массово выпускаемые датчики Arduino, что нетипично для индустриальных применений. Основные их достоинства — ценовая доступность (они на порядок дешевле самых дешевых промышленных датчиков), открытая архитектура (доступна вся техническая документация по ним), наличие простой среды разработчика, основанной на С++ и рассчитанной на популярные операционные платформы, обилие прикладных библиотек для различных нужд и пр. По словам Борисова, работа с этими датчиками проста, какой-то особенно глубокий опыт не требуется — достаточно знаний студента или энтузиаста-электронщика. Данные с датчиков агрегируются и передаются на сервер посредством проводного соединения — было решено использовать именно его, чтобы обеспечить более высокую помехозащищенность системы в целом (впрочем, как показали эксперименты, несложно организовать и беспроводное соединение).

Что важно, цифровые датчики и системы их обработки никак не связаны с базовой автоматикой печатной машины — это сделано для того, чтобы «искусственный интеллект» не мог вмешаться в работу хорошо отлаженного, надежного, безопасного производственного оборудования. С помощью датчиков отслеживаются только «внешние» параметры машины.

«Устанавливая датчики, мы ясно представляли себе, как будем интерпретировать их сигналы. Легко интерпретировать, например, показания датчиков, сообщающих о скорости, поскольку несложно понять, в каком режиме находится машина — продуктивной эксплуатации, приладки (в этом режиме машина работает на 30–40% медленнее), смены форм (это видно по характерному «рисунку» скорости), в плановой остановке или простаивает по каким-то иным причинам, — рассказывает Борисов. — Длительный (час или больше) простой может говорить либо о серьезной поломке машины, либо о чересчур затянувшемся перекуре. Если к параметру скорости добавить мониторинг отдельных кнопок или переключателей, то можно получить дополнительную уточняющую информацию и еще точнее определить, что происходит с машиной».

В общей сложности с помощью цифровых датчиков отслеживается около дюжины показателей работы печатной машины, в том числе ее скорость, обороты, количество листов бумаги, прошедшей через машину, количество запечатанных листов, а также показания аварийных датчиков останова, различных индикаторов, счетчиков расхода краски, электроэнергии и пр. Благодаря интеграции со сканером штрихкодов обеспечивается учет рабочего времени персонала на машине, прохождения конкретных заказов, расхода бумаги, краски и электроэнергии, отнесенных на данный заказ, отслеживаются время его исполнения, средняя выработка за смену, выработка в расчете на одного печатника и пр.

«Сбор данных производственного учета в реальном времени помогает оптимизировать ряд относительно дорогих операций — например, смену печатных форм. Если заказ не очень большой, то смена форм может потребоваться либо из-за ошибок персонала, либо из-за некачественных материалов, либо при возникновении аварийных ситуаций. В крупных заказах смена печатных форм — регулярная операция, ее требуется выполнять по мере износа форм. На основе накопленной статистики можно оценить, сколько листов удастся отпечатать на бумаге данного качества, прежде чем износ печатных форм достигнет критического уровня, и затем своевременно производить замену форм», — продолжает Борисов.

Данные от датчиков стекаются на отдельный Linux-сервер, на нем развернуты веб-сервер, SQL-сервер и приложение, которое реализует систему производственного мониторинга и учета, снабженную веб-интерфейсом. Кроме этого сервера, в БПК имеются серверы для хранения данных заказов, серверы FTP, бухгалтерская и складская системы, а также специализированные полиграфические системы, позволяющие выводить данные заказов на печатные формы.

Система производственного мониторинга сегодня позволяет отслеживать, что происходит с печатной машиной в данный момент: какой заказ выполняется, какая операция производится, какие работы ведутся на отдельных узлах машины. И если она встала, то в большинстве случаев ясно, в чем причина простоя. «Особенно заметно — более чем в три раза — снизились простои в ночную смену, — отмечает Борисов. — Прежде они случались нередко: рабочие пользовались тем, что в ночные часы контроль ослаблен. После того как появилась возможность отслеживать загрузку печатной машины, простои минимизировались. Одного лишь уведомления о внедрении системы мониторинга в реальном времени оказалось достаточно, чтобы ночные смены стали выдавать заметно больше продукции. Кроме того, повысилась оперативность реагирования на нештатные ситуации».

Моментальная окупаемость

Общие затраты на аппаратуру, развернутую в ходе пилотного проекта, составили 27 тыс. руб. в ценах лета 2014 года. Внедрение системы мониторинга потребовало примерно трех-четырех недель работы электронщика и программиста средней квалификации. Общие затраты на проект не превысили 150 тыс. руб. При этом только прямая экономия за три месяца тестовой эксплуатации системы на одной печатной машине составила более 200 тыс. руб. в месяц (с учетом того, что один час немотивированного простоя рулонной печатной машины оценивается в 15 тыс. руб.). Значительный экономический эффект удалось получить не только за счет уменьшения простоев машины, но и благодаря более точной оценке себестоимости заказов, повышению трудовой дисциплины, оптимизации сервисного обслуживания оборудования и ряду других факторов.

Система мониторинга существенно упростила учет трудозатрат: появилась возможность отслеживать количество сотрудников, которые трудились в ту или иную смену на данной печатной машине, выполняя конкретный заказ. «После того как системой учета будут охвачены все машины, мы сможем в реальном времени оценивать текущие потребности в персонале на различных участках и более корректно тарифицировать труд тех работников, которые могут выполнять на производстве по несколько ролей», — отмечает Борисов.

Руководство БПК планирует подключить к системе мониторинга и учета все производственное оборудование, имеющееся в типографии. Ведется разработка интегрирующей программной оболочки, которая обеспечит сквозной контроль производственных процессов. Также планируется реализовать анализ производительности и мониторинг безопасности оборудования, оптимизировать расход материалов и трудовых ресурсов.

На очереди интеграция с системой бухгалтерского и складского учета — будет создана надстройка к базе данных, она позволит получать выборки для анализа. В частности, удастся точно оценивать фактическую себестоимость отдельных заказов — это позволит сделать ценообразование более гибким и конкурентоспособным.

«Со временем система мониторинга производства на базе технологий Интернета вещей может стать для нашего бизнеса критически важной, — резюмирует Борисов. — Но пока мы не удостоверимся в ее корректной работе, устойчивости и надежности, информация системы будет иметь для нас, скорее, справочный характер».