Тенденции развития систем промышленной автоматизации и новые требования к подготовке специалистов по автоматизации

Рассматриваются проблемы подготовки специалистов в области промышленной автоматизации, эффективные в традиционных областях теории и практики систем управления. Отмечается, что высшая школа отслеживает тенденции развития систем управления, за последнее время в программах обучения появились новые предметы, например, "SCADA-системы". Однако этот процесс требуется ускорить, в связи с чем предлагается внесение корректив в программы учебных курсов и дисциплин.

Анализ развития современных средств и систем промышленной автоматизации за последние годы позволяет выделить ряд тенденций, характерных для этой области науки и техники и позволяющих спрогнозировать возможные направления, по которым будут происходить наиболее важные изменения в самом ближайшем будущем. Системы промышленной автоматизации охватывают следующие основные компоненты: первичные и вторичные измерители, исполнительные механизмы, непрограммируемые и программируемые логические контроллеры, средства человекомашинного интерфейса, программные продукты и др. Среди основных тенденций развития систем и средств автоматизации можно выделить следующие.

1. Повсеместное распространение промышленных сетей для "полевых" устройств. В качестве "полевых" устройств выступают цифровые датчики и преобразователи, исполнительные механизмы, устройства частотно-регулируемого привода и другое оборудование. По этим устройствам основной тенденцией является постоянное повышение встроенного "интеллекта". Первые цифровые устройства обеспечивали обычное преобразование аналогового сигнала в цифровой для передачи в сеть. Сейчас функции таких устройств постоянно все более усложняются, начиная от решения задач сложной обработки нескольких сигналов одновременно (многопараметрические датчики), встроенной калибровки, самодиагностики и заканчивая решением все более актуальной задачи технического обслуживания по фактическому состоянию, например, путем вычисления износа движущихся частей (для исполнительных механизмов).

2. В ближайшее время, на наш взгляд, в области цифровых "полевых" устройств следует ожидать, по нашему мнению, принципиально важного скачка - создания "полевых" регуляторов, т.е. цепочка "датчик - преобразователь - регулятор - преобразователь - исполнительный механизм" будет замкнута непосредственно на самом объекте, не выходя за территорию технологического агрегата, установки, как это делается сейчас. Можно предположить, что в цифровой части исполнительного механизма будут реализовываться самые широкие функции известных регуляторов, при этом входной сигнал от датчика также будет поступать в цифровой форме. Установка же регулятору будет поступать от подсистемы верхнего уровня. Такое решение позволит осуществить достаточно революционный переход к созданию подлинно распределенных систем управления (в настоящее время распределенность, как правило, означает географическое распределение компонентов системы, в то время как функции регулирования все равно реализуются - вычисляются в центральном процессорном модуле ПЛК). Появление систем управления подобной архитектуры обеспечит существенное увеличение надежности и живучести АСУТП, снизит стоимость контроллерной части АСУТП за счет уменьшения потребности в модулях ввода/вывода, а также резко сократит потребность во все более дорожающей кабельной продукции.

3. Важной и обнадеживающей тенденцией является появление на рынке новейших моделей цифровых датчиков с радиовыходом. Это решение несет в себе много преимуществ, начиная от экономии кабеля и заканчивая кардинальным сокращением капитальных затрат на новое строительство (проектирование и обустройство эстакад, монтажные работы и др.). Однако разработчикам предстоит решить еще ряд проблем, связанных с помехоустойчивостью, защищенностью информации от несанкционированного доступа, выработкой международных стандартов и др.

4. Фактом уже сегодняшнего дня стало исчезновение ранее существовавшей границы между АСУТП и системами телемеханики. Современные средства промышленной автоматизации позволяют создавать как классические АСУТП, так и системы управления территориально распределенными объектами (традиционно именуемые "телемеханикой") на одних и тех же программно-технических средствах (ПЛК, SCADA). При этом специфичной особенностью архитектуры АСУТП территориально распределенных объектов является включение в состав ПТК дополнительных программно-технических средств, таких как шлюзы, коммуникационные серверы, конверторы протоколов и т.п. Отметим, что вышеприведенный факт пока еще не нашел достаточного отражения в программах обучения и даже в названиях соответствующих специальностей, факультетов, кафедр и др.

5. Важной тенденцией, настоятельно диктуемой пользователями систем автоматизации, является необходимость интеграции в масштабах одного предприятия в единую информационную систему собственно АСУТП и разнообразных, пока еще локальных, систем учета энергоресурсов (газа, электричества, пара, воды, исходного сырья и готовых продуктов). Пока интеграция осуществляется на разнородных программно-технических средствах путем создания отдельной подсистемы (промежуточного интеграционного слоя) АСУ, позволяющей объединить самые разнообразные устройства систем коммерческого учета разных производителей с разными протоколами обмена. Такая работа является чрезвычайно трудоемкой, а система становится подобной "зоопарку". Решение проблемы также видится на пути увеличения "интеллекта" цифровых многопараметрических датчиков в части реализации непосредственно в них задач технического и коммерческого учета (аналогично п. 2).

6. Особенностью последних нескольких лет развития промышленности России является кардинальное (более чем на порядок) возрастание требования комплексной автоматизации объектов энергоснабжения и электротехнического оборудования, т.е. создание АСУЭТО, которую в определенном смысле можно считать одной из разновидностей АСУТП, имеющей, однако, ряд специфических функций и требований. В настоящее время на передний план выходит задача интеграции в единую информационную систему предприятия АСУТП и АСУЭТО, при этом пока эти виды АСУТП создаются на совершенно различающихся между собой ПТК. В будущем, на наш взгляд, следует ожидать появления таких ПТК, которые бы позволяли на однородном наборе программных и технических средств конфигурировать как АСУТП, так и АСУЭТО. Хотя этому препятствует сложившееся резкое разделение между двумя специальностями - автоматчиками и электриками, которое следует постепенно "размывать".

7. Появление в России предприятий новой экономики поставило перед менеджментом задачу существенного увеличения эффективности их деятельности. Одним из важнейших путей достижения этой цели является создание интегрированных систем управления предприятием, охватывающих все уровни управления (от технологических процессов до финансов) и функционирующих в режиме реального времени. То есть насущной становится задача реализации классической "пирамиды управления предприятием", включающей уровни ERP, MES, DCS (АСУТП), охватывающие автоматизацию всех бизнес-процессов предприятия. Отметим, что одной из важных движущих сил появления и развития таких интегрированных систем стало формирование мощных национальных компаний, включающих в себя от десятков до тысяч производственных объектов, распределенных по всей стране (таких как Газпром, Транснефть, новые энергокомпании и др.). Однако при практическом решении данной "классической" задачи оказалось, что в "пирамиде" необходимо выделить еще один уровень - уровень консолидации данных реального времени в масштабе предприятия в целом. Системы этого уровня должны обеспечивать сбор, предварительную обработку и архивирование данных от "низовых АСУ", т.е. от АСУТП, АСУЭТО, АИИСКУЭ, АСКУТ и многих других. Поэтому только в последние несколько лет появился ряд программных продуктов от ведущих производителей средств промышленной автоматизации, позволяющих решить данную проблему. Скорее всего, в самое ближайшее время появятся новые и все более усовершенствованные продукты, конкурирующие между собой в новой нише рынка автоматизации.

8. В последние годы появилась также еще одна новая область деятельности для специалистов в управлении - MES-системы (management enterprises system), пока еще не имеющая русского наименования. MES-системы реализуют 11 основных функций, начиная от обычной диспетчеризации и расчета технико-экономических показателей и заканчивая задачами планирования ресурсов и производства в целом. На российском рынке наблюдается существенный интерес к созданию систем данного уровня. Однако одним из важных препятствий на пути их широкого распространения является практически полное отсутствие специалистов в данной предметной области, а насущной задачей - 1создание новой дисциплины или учебного курса "MES-с1истемы", которые бы позволили решить эту сложную проблему, учитывая, что специалист в данной области должен обладать широким набором знаний в сферах управления, техники, финансов и др. Возможно, такое обучение целесообразно выделить в рамках повышения квалификации - 1второе образование.

9. Та же тенденция формирования очень крупных компаний неизбежно привела к кардинальному увеличению масштабов систем управления. Так, например, информационная мощность АСУТП одной из национальных компаний составляет более 150000 физических переменных, а с учетом виртуальных - около 500000. Масштабы систем предъявляют новые, ранее не актуальные требования к минимизации совокупной стоимости владения систем, что может быть обеспечено только благодаря появлению принципиально новых программных средств автоматизации (SCADA, PIMS - Plant Information System), поддерживающих работу распределенных баз данных реального времени. Отметим, что задача реализации проекта создания и внедрения таких крупномасштабных АСУ сама по себе является не тривиальной и требует жесткого соблюдения современных международных стандартов в области управления проектами.

Вышеперечисленные тенденции не исчерпывают всего многообразия направлений, по которым идет развитие систем и средств автоматизации, но, тем не менее, они являются главенствующими на период ближайших 3-7 лет.

Подготовка специалистов в области промышленной автоматизации достаточно эффективна в традиционных областях теории и практики систем управления. Отрадно отметить, что высшая школа пытается отслеживать некоторые тенденции развития, и за последнее время в программах обучения появились новые предметы, например, "SCADA-системы". Однако вышеприведенные тенденции настоятельно диктуют необходимость внесения ряда корректив в программы учебных курсов и дисциплин. Некоторые требования уже перечислены выше, добавим еще несколько наиболее важных пожеланий:

• целесообразно значительное внимание обратить на изучение современных стандартов (российских и международных), действующих в области автоматизации (промышленные сети, контроллеры, программное обеспечение и др.);
• более детально освещать вопросы методологии проектирования систем автоматизации, в том числе с учетом требований соответствующих стандартов, таких как ГОСТ Р ИСО/МЭК 15288-2005. Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем и др.;
• обеспечить обучение по курсу "Управление проектами", включая изучение процессного подхода к организации работ, международных стандартов описания бизнес-процессов, управление проектами в соответствии с требованиями стандарта PMIBook и т.д. При этом должна быть учтена специфика именно проектов промышленной автоматизации;
• все более важное значение приобретает наличие у молодого специалиста знаний не только в узких технических областях, но и в таких, как "Основы делового администрирования", "Тайм-менеджмент", "Основы документооборота", "Психологические аспекты управления персоналом" и др. Следует признать, что наличие таких знаний увеличит востребованность молодых специалистов, ускорит перспективы их более быстрого карьерного роста и положительно повлияет на имидж профессии в целом.

Михаил Борисович Шехтман - к.т.н., генеральный директор НПФ "КРУГ".