Zwiększanie bezpieczeństwa przemysłowego dzięki cyfrowym bliźniakom
Gorodenkoff – Adobe StockPostęp technologiczny nie tylko pozwala zwiększyć wydajność i efektywność realizowanych procesów produkcyjnych, zachować odpowiednią jakość czy ograniczyć straty produkcyjne. Innowacje, takie jak cyfrowe bliźniaki, mogą również przełożyć się na poprawę ogólnego poziomu bezpieczeństwa. I właśnie to innowacyjne rozwiązanie może zrewolucjonizować podejście do zapewnienia bezpieczeństwa procesów produkcyjnych.
Mówiąc o bezpieczeństwie przemysłowym, należy mieć na uwadze różnego rodzaju praktyki, procedury czy standardy, których głównym celem jest ochrona pracowników, a także wyposażenia, infrastruktury, a nawet środowiska naturalnego przed potencjalnymi zagrożeniami, jakie mogą występować w środowisku produkcyjnym. Zagrożenia te mogą być następstwem błędów ludzkich, awarii sprzętu czy nieprzewidzianych zdarzeń losowych. Obowiązkiem przedsiębiorcy jest odpowiednie zabezpieczenie miejsca pracy. Wynika to oczywiście z obowiązujących przepisów prawa, ale jednocześnie jest podstawą utrzymania wydajności na stałym poziomie.
Zagrożenia bezpieczeństwa w przemyśle mogą wynikać z różnych przyczyn — zarówno technicznych, organizacyjnych, jak i ludzkich. Można je pogrupować w kilka głównych kategorii:
- czynnik ludzki – błędy operatorów maszyn, które wynikają z nieprzestrzegania procedur czy braku odpowiedniego przeszkolenia, ale również brak odpowiednich standardów bezpieczeństwa czy też ignorowanie sygnałów ostrzegawczych;
- zagrożenia techniczne – awarie maszyn i urządzeń na skutek zużycia, braku odpowiedniego serwisowania czy błędnego użytkowania; brak lub nieodpowiednie systemy zabezpieczeń; awarie instalacji (elektrycznych, energetycznych, wod-kan i in.);
- zagrożenia technologiczne – użycie przestarzałych technologii; brak redundancji; nadmierna automatyzacja bez zabezpieczeń manualnych; zbyt duża integracja systemów bez kontroli nad ich bezpieczeństwem;
- zmienne warunki – środowiska pracy mogą ulegać szybkim zmianom ze względu na różne czynniki, w tym modyfikacje sprzętu, zmiany procesów i zmiany personelu; są na to szczególnie narażone obiekty przemysłowe o złożonym środowisku, w którym stosuje się skomplikowane systemy i procesy;
- cyberzagrożenia – zagrożenia związane z atakami cybernetycznymi na systemy automatyki przemysłowej czy złośliwym oprogramowaniem, a także brak odpowiednich zabezpieczeń w obszarze IT;
- zagrożenia organizacyjne – nieprawidłowa organizacja pracy czy też brak odpowiednich procedur, szkoleń bądź ćwiczeń z zakresu bezpieczeństwa.
Cyfrowe bliźniaki w służbie bezpieczeństwa
Cyfrowy bliźniak to dokładna cyfrowa replika fizycznego obiektu, ale również procesu lub systemu, która jest aktualizowana w czasie rzeczywistym za pomocą danych pozyskiwanych z czujników, kamer i innych źródeł. Technologia ta tworzy pomost między światem fizycznym a cyfrowym, umożliwiając ciągłe monitorowanie, analizę i optymalizację rzeczywistych obiektów czy operacji przemysłowych.
Dzięki tej możliwości stałego analizowania bieżących warunków i symulowania potencjalnych scenariuszy cyfrowy bliźniak może służyć do identyfikowania potencjalnych zagrożeń i wyszukiwania optymalnych rozwiązań. Przedsiębiorstwa coraz częściej wykorzystują technologię cyfrowego bliźniaka jako cenne narzędzie właśnie w kontekście szeroko pojętego bezpieczeństwa przemysłowego.
Obszary wykorzystania cyfrowych bliźniaków do zwiększania bezpieczeństwa
Cyfrowe bliźniaki można wykorzystać na różne sposoby w celu poprawy bezpieczeństwa w środowisku przemysłowym. Przede wszystkim zapewniają kompleksowy, bieżący obraz danego procesu, umożliwiając przedsiębiorcy skuteczniejszą identyfikację, ocenę i ograniczanie różnego rodzaju zagrożeń dla bezpieczeństwa. Co ważne, dzięki integracji danych z wielu źródeł cyfrowe bliźniaki są stale aktualizowane i oferują pełniejsze zrozumienie środowiska operacyjnego.
Dzięki zdolności do wykrywania odchyleń od normatywnych parametrów pracy cyfrowy bliźniak może sygnalizować potencjalne awarie lub błędy operatora, zanim dojdzie do rzeczywistego incydentu. Wykorzystując potencjał analizy danych i symulacji, cyfrowe bliźniaki umożliwiają dokładniejszą i proaktywną ocenę ryzyka.
Zaawansowane algorytmy potrafią identyfikować wzorce i trendy, które mogą wskazywać na potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa. Przykładowo w systemach zasilania może przewidywać przeciążenia i awarie transformatorów, natomiast w automatyce procesowej może identyfikować ryzyko przekroczenia krytycznych parametrów (ciśnienia, temperatury czy stężenia gazów).
Symulacje przeprowadzane dzięki cyfrowym bliźniakom pozwalają na testowanie nowych scenariuszy operacyjnych, zmian w konfiguracji systemów czy procedur awaryjnych – bez ryzyka dla realnej infrastruktury. Modele 3D i intuicyjne interfejsy ułatwiają pracownikom szybkie zrozumienie złożonych sytuacji, a także zdalną współpracę nad projektami. Dzięki temu można projektować np. bezpieczniejsze procedury rozruchowe i wyłączeniowe, a także testować algorytmy sterowania w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Cyfrowe bliźniaki mogą też odgrywać ważną rolę w zapewnieniu cyberbezpieczeństwa poprzez wspieranie analizy anomalii sieciowych i cyberataków. Dzięki ciągłemu monitorowaniu i porównywaniu danych z modelem referencyjnym możliwe jest wykrycie nietypowych zachowań, które mogą świadczyć np. o ataku na przemysłową sieć Ethernet czy wprowadzeniu złośliwego kodu do sterownika PLC.
Nie można też pominąć ważnej roli cyfrowych bliźniaków w procesie szkolenia nowych pracowników. Zapewniają one bezpieczne, wirtualne środowisko do szkolenia personelu. Minimalizuje się w ten sposób ryzyko uszkodzenia kosztownego sprzętu produkcyjnego, a także błędów produkcyjnych. Ponadto technologia cyfrowego bliźniaka umożliwia ćwiczenie procedur reagowania w sytuacjach kryzysowych w środowisku wolnym od ryzyka.
Wyzwania i ograniczenia związane z cyfrowymi bliźniakami
Wprawdzie w teorii wykorzystanie cyfrowego bliźniaka do podniesienia ogólnego poziomu bezpieczeństwa w przedsiębiorstwie przemysłowym wygląda bardzo dobrze, to jednak w praktyce nie brak trudności z tym związanych.
Przede wszystkim wdrożenie technologii cyfrowego bliźniaka może wymagać znacznych początkowych nakładów inwestycyjnych. Dlatego przedsiębiorstwa powinny dość dokładnie rozważyć potencjalny zwrot z tego typu inwestycji.
W dynamicznie zmieniającym się środowisku produkcyjnym trzeba też jednak liczyć się ze stałymi kosztami związanymi z dostosowaniem modelu cyfrowego bliźniaka do aktualnych wersji danego produktu czy procesu. Im bardziej złożone są to produkty/procesy, tym bardziej będzie to czasochłonne i kosztowne.
Mogą też pojawić się problemy z interoperacyjnością pomiędzy różnymi systemami automatyki. Wiele zakładów przemysłowych ma bowiem działające systemy bezpieczeństwa, które będą wymagać integracji z nową technologią cyfrowego bliźniaka. Nie zawsze taka integracja jest łatwa czy też uzasadniona kosztowo (zwłaszcza w przypadku systemów starszej generacji), co może dodatkowo zwiększyć początkowe nakłady na wdrożenie tej technologii.
Wdrożenie cyfrowych bliźniaków do procesu zarządzania bezpieczeństwem w przedsiębiorstwie produkcyjnym może wiązać się też ze znacznymi zmianami w innych procesach, a także w sposobie myślenia. Wymusza to opracowanie skutecznych strategii zarządzania zmianą.
Cyfrowe bliźniaki, wraz z dalszym upowszechnianiem się tej technologii, mogą stać się ważnym elementem strategii zwiększania bezpieczeństwa w nowoczesnych zakładach przemysłowych. Ich wdrażanie może przyczynić się do minimalizowania ryzyka operacyjnego, technologicznego i cybernetycznego, a także do zwiększenia odporności systemów automatyki na zakłócenia wewnętrzne i zewnętrzne.
Wraz ze wzrostem złożoności środowisk przemysłowych technologia cyfrowych bliźniaków w zarządzaniu bezpieczeństwem może jeszcze bardziej zyskiwać na znaczeniu. Dodatkowo ich integracja z technologiami sztucznej inteligencji, edge computing czy siecią 5G otwiera nowe możliwości. Systemy bezpieczeństwa mogą stać się bardziej autonomicznymi rozwiązaniami, które będą opierać się na predykcji i samouczeniu się.
