Видеоаналитика в модернизации промышленных производств

В России до сих пор есть немало производственных предприятий, которые не модернизировались на протяжении нескольких десятков лет. Для подобных объектов особенно важно понимать, чем может помочь видеоаналитика и как приступить к решению назревших задач.

В данной статье я предлагаю взглянуть на тему видеоаналитики именно через призму такого значимого вопроса, как модернизация производства.
Фундаментальный подход к пониманию операций, где технологии умного видеонаблюдения могут принести реальную пользу, а также цифры, подтверждающие это, помогут мотивировать и обосновать необходимость перемен для всех сторон, участвующих в модернизации.

Видеоаналитика на предприятии

Видеоаналитику на предприятиях можно условно разбить на несколько главных блоков:

1. Технологическое видеонаблюдение (моноспектральные и биспектральные системы наблюдения, мониторинг огня и дыма, технологического оборудования). Можно отметить, что в этом направлении в настоящее время очень востребованы тепловизионные видеокамеры.
2. Контроль производственных процессов (выявление нарушений, контроль аварий, контроль качества, подсчет и сортировка). Мы активно прорабатываем данное направление с партнерами из нескольких компаний, которые занимаются машинным зрением. Конечно, в последнее время сменился портфель поставщиков решений, но на отечественном рынке есть очень хорошие вендоры. Контроль производственных процессов тесно связан с видеонаблюдением и видеоаналитикой на производственных предприятиях.
3. Контроль нахождения. Этот блок включает в себя внутриобъектовое и периметральное видеонаблюдение, контроль доступа, контроль санитарных норм и другие параметры.
4. Безопасность жизнедеятельности. В данном сегменте системы позволяют анализировать положение тела и отслеживать определение аномалии поведения.
5. Контроль применения средств индивидуальной защиты (СИЗ).
6. Безопасный транспорт (контроль водителя, контроль груза и соблюдения правил ПДД). Контролируется транспорт предприятия, курсирующий как по внешним маршрутам, так и по территории предприятия.

Принципы бережливого производства

Требования к бережливому производству закреплены в ГОСТах. Не менее 20 документов позволяют компаниям оценивать свое производство с точки зрения бережливости:

• ГОСТ Р ИСО 9001–2015 "Системы менеджмента качества. Требования";
• ГОСТ Р 56020–2020 "Бережливое производство. Основные положения и словарь";
• ГОСТ Р ИСО 45001–2020 "Системы менеджмента безопасности труда и охраны здоровья" и др.

Если представить все нормативные документы как некую иерархию, то во главе находятся именно ГОСТы, для соблюдения которых на каждом производстве разрабатываются различные методы. Целью применения этих методов является соблюдение ГОСТов и получение максимальной экономии.

Производственный процесс можно разбить на четыре ключевых процесса: обработку, контроль, транспортировку и хранение. Создание новой продукции происходит на стадии обработки, все остальные процессы потенциально несут риск потерь. Именно на этих этапах внедрение видеоаналитики, IoT-решений или применение АСУТП может привести к реальной экономии.

Согласно ГОСТ Р 56020–2020 ("Бережливое производство. Основные положения и словарь") выделяется 13 принципов бережливого производства:

1. Стратегическая направленность.
2. Ориентация на создание ценности для потребителя.
3. Организация потока создания ценности для потребителя.
4. Постоянное улучшение.
5. Вытягивание.
6. Сокращение потерь.
7. Визуализация и прозрачность.
8. Приоритетное обеспечение безопасности.
9. Построение корпоративной культуры на основе уважения к человеку.
10. Встроенное качество.
11. Принятие решений, основанных на фактах.
12. Установление долговременных отношений с поставщиками.
13. Соблюдение стандартов.

У заказчиков обычно есть понимание того, какие инструменты уже используются для соблюдения принципов бережливого производства. Как правило, это защита от непреднамеренных ошибок, инструменты сокращения потерь, временных затрат на пересмены и использование метода "Андон" (Andon) или визуальной сигнальной системы состояния оборудования.

Рассмотрим, как видеоаналитика может повлиять на три фактора из перечисленных – сокращение потерь, приоритетное обеспечение безопасности и соблюдение стандартов.

Как посчитать производственные потери

По статистике, производственные потери на любом предприятии составляют в среднем от 50 до 90%. Поэтому так известен принцип "Все, что мы сэкономим, мы заработаем".

Выделим пять причин брака, которые могут быть выявлены с помощью видеонаблюдения и аналитики:

• некачественное сырье;
• нестабильная работа оборудования;
• технологии производства;
• условия работы персонала;
• непрофессионализм и безответственность рабочих.

Нестабильная работа оборудования, как правило, напрямую связана с непрофессионализмом и безответственностью рабочих.

Чтобы понять, сколько можно сэкономить средств при внедрении систем видеоаналитики, нужно знать количество брака до модернизации. По статистике, на производственный брак в разных отраслях производства приходится от 5 до 50%.

Виды брака:

1. Исправимый. Изделия в этом случае можно использовать после устранения недостатков.
2. Окончательный. Изделие исправить нельзя, или это экономически нецелесообразно.
3. Внутренний. Выявляется до отправки продукции на реализацию.
4. Внешний. Обнаруживается потребителями.

Согласно отчету одного сталепрокатного российского предприятия за три года, главными причинами производственного брака являются:

• действия сотрудников (6,7%);
• оборудование (39,5%);
• качество материалов (34%);
• технологии производства (10,7%);
• контроль продукции (9%).

Действия сотрудников часто становятся причиной высокого процента брака, связанного с работой оборудования. Поэтому в данном примере низкий процент причин брака от действий сотрудников (6,7%) не должен вводить в заблуждение. Все приведенные факторы могут быть в значительной степени нивелированы применением грамотных решений по видеоаналитике.

Контроль производственных процессов

Классический вариант сокращения потерь на производстве – применение инструментов машинного зрения. Существуют специализированные системы машинного зрения – камеры Deep Learning, специальные серверы, которые можно обучить распознавать те или иные образы и др.

Какие функции может предложить технология машинного зрения?

1. Инструменты контроля и подсчета: подсчет продукции, контроль продукции с точки зрения определенных характеристик (формы, соответствия шаблону и т.д.).
2. Инструменты считывания. Самая ходовая задача – посчитать коробки по штрихкоду, по QR-коду или через считывание дата-матрикс.
   Монетизация при решении подобной задачи очевидна. Данные инструменты позволяют производить контроль сортировки и упаковки, а также проверку качества нанесения маркировки.
3. Инструменты дефектовки. Позволяют с помощью несложных коробочных технических решений выявить наличие сколов, вкраплений, правильность формы, контролировать габаритные размеры и т.д. на разных производственных этапах. Эти решения требуют определенного машинного обучения, но гораздо более простого, чем инструменты сравнения и анализа.

Все перечисленные инструменты позволяют добиться главного – снижения процента брака. Умение обнаружить и устранить причину возникновения дефектов на каждой стадии производства позволяет сэкономить огромное количество денег заказчика в дальнейшем.

Реализованные кейсы

Среди реализованных или находящихся в стадии внедрения кейсов приведу четыре примера:

1. Контроль работы вала. Задача – автоматизировать видеоконтроль работы установки, чтобы понять фактическое время работы и простоя оборудования для синхронизации работы цехов. В решении применяются смарт-камеры. Система интегрирована в платформу 1С.
2. Контроль производства волокна. Задача – контролировать возникновение узловых вкраплений в процессе работы установки, а также сократить время простоя оборудования. В решении применяются высокоскоростные линейные камеры и сервер видеоанализа. Камеры передают информацию об узловых вкраплениях в волокне, и оборудование автоматически останавливается для того, чтобы оператор смог вырезать дефектный участок. Система также интегрирована в платформу 1С.
3. Контроль выпускаемой продукции (мороженого). Задача – подсчет продукции по маркировке, а именно – в коробках со штрихкодами.
   В решении применяется считывание штрихкода и осуществляется контроль нанесения маркировки.
4. Контроль выпускаемой продукции (пищевое производство, котлеты). Задача – подсчет продукции и контроль сортировки. В решении используется сервер видеоанализа для распознавания типов продукции по шаблону, подсчет продукции по типам за смену. Проект касался производства котлет, но это могла бы быть другая продукция – контроль возможен по разным критериям. Когда качество обычной видеокамеры не позволяет различить нужные символы, на помощь приходит установка специального освещения.

Технологическое видеонаблюдение

Важный инструмент добиться желаемого (сокращения потерь при обеспечении безопасности) – это контроль технологического оборудования и продукции в тепловизионном спектре. Еще 5–10 лет назад подобное решение было неоправданно дорогим, сейчас же его смело можно отнести к бюджетным. Тепловизоры позволяют контролировать температуру, скрытое горение, перегрев – много сценариев, дающих возможность вовремя среагировать на инцидент или предотвратить его.

Контроль нахождения

Контроль нахождения – это возможность понимать, в той ли зоне находится человек, в то ли время он там находится и есть ли какие-то отклонения в его действиях. Оборудование для контроля нахождения может быть установлено как внутри объекта, так и по внешнему периметру территории. Данный инструмент решает огромное количество задач:

• контроль минимального и максимального количества специалистов в той или иной зоне;
• распознавание лиц;
• присутствие персонала на рабочем месте;
• детекцию людей на предприятии в нерабочее время;
• обнаружение посторонних/разрешенных лиц и автомобилей на территории;
• контроль ряда санитарных мер.

Решение данных вопросов не только закрывает определенные производственные необходимости, но и позволяет отслеживать соблюдение собственных внутренних правил, а также ряда требований ГОСТов.

Безопасность жизнедеятельности

Технология, используемая для решения этой задачи, основана на применении скелетонов для построения 3D-моделей положения тела человека целиком либо отдельных частей тела, например рук. Технология скелетонов лежит в основе всех существующих видов программного обеспечения в данной области. Инструмент позволяет отследить положение тела и задать определенные модели движения, важные для детекции:

• движения по лестнице, не держась за поручень;
• приема пищи на рабочем месте;
• использования телефона;
• падения;
• курения;
• драк и др.

Все заданные отклонения в поведении являются нарушением внутренних правил или техники безопасности. Отслеживание и профилактика подобных ситуаций позволяет избежать травм работников и значительных штрафов со стороны контролирующих органов.

Средства индивидуальной защиты

Решения, связанные с контролем средств индивидуальной защиты, делятся на две категории: контроль ношения СИЗ и контроль применения СИЗ. Контроль ношения позволяет определить на работнике наличие защитной каски и очков, спецодежды, противогаза, перчаток и т.д.

Вторая задача в последнее время стала наиболее частым запросом со стороны заказчиков. Она требует разработки модели поведения работника для контроля применения страховочного пояса, карабина или троса.

Для успешных внедрений важен диалог сторон

Принципиальным моментом является понимание того, что процесс решения поставленных задач – двусторонний, требующий шагов навстречу друг другу заказчика и исполнителя.

Мы готовы находить и предлагать оптимальные решения, но и заказчик должен быть готов к изменениям. Разбирая такие факторы, как контроль производственных процессов, технологическое видеонаблюдение, контроль нахождения, безопасность жизнедеятельности и даже применение СИЗ, мы, к сожалению, до сих пор периодически сталкиваемся с формальным подходом руководства и нежеланием вносить простые коррективы в устоявшиеся процессы.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 6/2023

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото: ru.freepik.com