Wie wir bereits oft geschrieben haben, handelt es sich bei unseren Einrichtungen um recht große Produktionen, sowohl in Bezug auf die belegte Fläche als auch auf die Anzahl der verschiedenen Installationen und Einheiten. Damit dies alles funktioniert und es keine Situationen gibt, die zu einem Stopp des Produktionsprozesses führen können, muss jeder Knoten überwacht werden. Daher haben wir sowohl spezielle Personen, die sich damit beschäftigen, als auch eine Anwendung für mobile Bypässe, die das Leben dieser Personen erheblich vereinfacht.
Unabhängig davon lohnt es sich, über Videoanalysen zu sprechen. Es kann verschiedene Probleme lösen - um die Produktqualität durch automatische Kontrolle und Zurückweisung zu verbessern, plötzliche Produktionsstillstände zu vermeiden, den Bediener unverzüglich vor Eingriffen zu warnen und die Einhaltung der Arbeitsschutzvorschriften zu überwachen, was die Hauptaufgabe einer Industrieanlage ist. Was im Prinzip durch Betrachten von Videos von Objekten analysiert werden kann (und ob es erforderlich ist, es anzusehen), wie Videoanalysen helfen, Zeit und Geld zu sparen, bei denen alles für uns funktioniert - das liegt unter der Katze.
Woher bekommen wir die Daten?
In jeder Einrichtung haben wir mehrere hundert Kameras im technologischen Umkreis, über die wir sprechen werden. Es gibt auch einen Umkreis, der Überwachungskameras enthält, aber wir werden vorerst nicht darüber sprechen :). Aber die sogenannten Produktionskameras, die ständig auf einen bestimmten Standort, eine bestimmte Einheit oder eine bestimmte Ausrüstung schauen - genau darauf wird der Fokus liegen.
Unsere Pflanzen sind unterschiedlich alt und es gab eine Zeit, in der nicht alle zu SIBUR gehörten. In den letzten 15 Jahren wurden sie aktiv modernisiert, und jetzt gibt es eine Situation, in der verschiedene Fabriken unterschiedliche Kameras und Systeme für die Arbeit mit ihnen haben können. Dementsprechend ist jeder Bediener an solchen Standorten an eine bestimmte Software und seine übliche Ausgabe von Videostreams gewöhnt.
Alles in derselben Einrichtung in derselben Einrichtung zu kämmen und zu kämmen, die Bediener neu zu schulen, alles zu sammeln und auf unserer Schnittstelle anzuzeigen - dies ist eine zusätzliche Belastung für alle Beteiligten sowie ein außerordentlicher Zeit- und Geldaufwand. Sowie die Möglichkeit, Kameras durch neue zu ersetzen.
Daher war unsere Idee folgende: Integration in eines dieser Überwachungssysteme, damit wir genau die Schnittstelle verwenden, die den Bedienern vertraut ist, und die erforderlichen Bilder anzeigen können, wenn bestimmte Ereignisse eintreten. Gleichzeitig erstellen wir keine Schnittstelle darüber, der Benutzer muss nicht neu lernen. Übrigens mehr über Benutzer.
Benutzer unseres Systems
All dies wurde für den Bediener konzipiert, der den Produktionsprozess in seinem Steuerungssystem durchführt. Die Ausgabe von Informationen von Kameras ist standardmäßig ein Standardbild, wenn auf dem Bildschirm vor Ihnen viele rechteckige Fenster mit Videos von verschiedenen Kameras angezeigt werden. Fast wie Zoom in der Ferne während eines Tages.
Das Hauptwerkzeug des Bedieners ist das Produktionssteuerungssystem. Wenn etwas Kritisches passiert, bemerkt der Bediener es und ergreift geeignete Maßnahmen. Die Kombination zweier Faktoren, die Erfahrung des Bedieners und sein Wissen über Prozesse, Informationen aus der Instrumentierung und das Bild von den Kameras ermöglichen es, Entscheidungen über bereits eingetretene Ereignisse nicht nur zu treffen, sondern auch etwas nicht sehr Angenehmes vorherzusagen und zu vermeiden. Schließlich ist es immer einfacher, etwas durch Drücken einiger Tasten zu verhindern, als ein paar Stunden (Tage, Millionen) damit zu verbringen, die Konsequenzen zu beseitigen.
Hier ist es also - der Bediener kann auf dem Video etwas bemerken, das nach 5 Minuten Inaktivität zu einem Notstopp und Verlusten für das Unternehmen führt. Oder etwas anderes, das nicht sehr nützlich ist.
Zum Beispiel Verstopfungsgeräte. Wir haben hier geschriebenüber unseren Extruder und wie er verstopfen kann. Das Produktionsmanagementsystem gibt ein Signal, wenn das Verstopfen bereits eine vollendete Tatsache ist. Alles ist bereits gehämmert, ein entsprechendes Signal wird gegeben, der Mechanismus stoppt, um Schäden oder schwere Unfälle zu vermeiden. Während der Bedienung der Installation kann der Bediener das Auftreten von Faktoren bemerken, die der Verstopfung vorausgehen. Im Fall von Polypropylen sind Agglomerate sichtbar (Granulatstücke, die zusammenkleben und die Oberfläche des Vibrationssiebs allmählich füllen).
Und Videoüberwachung ist natürlich Arbeitssicherheit. Wenn solche Fälle beschrieben werden, nennen sie als Beispiel die Fälle, in denen das System erkennen kann, ob eine Person einen Helm trägt oder nicht. Vielleicht klingt es schön für Leute, die von der Produktion getrennt sind. Die Realität ist, dass in ernsthaften Einrichtungen der Mitarbeiter das Maß an Selbstdisziplin völlig ausreicht, um zu verstehen: Da der Helm benötigt wird, bedeutet dies, dass er genau wie andere Elemente der persönlichen Schutzausrüstung auf dem Kopf sein sollte.
Daher analysieren wir im Fall des Arbeitsschutzes die Richtigkeit der Abfolge der Handlungen des Mitarbeiters während des Standardbetriebs, z. B. die Analyse von Produktproben oder einfachere Fälle mit der Person in dem eingeschränkten Bereich.
Die beschriebenen Fälle sind jedoch eher optionale Merkmale des Systems. Die Hauptfunktion der Videoüberwachung und Videoanalyse besteht darin, den Bediener zu entladen und das Auftreten von Situationen vor Notfällen zu vermeiden. Dies hilft nicht, den Online-Stream von allen Kameras auf den Bildschirm des Bedieners zu übertragen, sondern automatisch nur das Bild anzuzeigen, in dem etwas passiert. Etwas anderes als normale Bedingungen, das menschliche Aufmerksamkeit und Entscheidungsfindung erfordert.
Aber es wäre zu langweilig, wenn der springende Punkt des Systems nur darin bestehen würde, zu beobachten und zu warnen. Deshalb entwickeln wir diese Idee jetzt in zwei Richtungen gleichzeitig.
Das erste sind Vorhersagen. Wohin können wir ohne gehen? Da wir Aufzeichnungen über bestimmte Situationen sammeln, bedeutet dies, dass wir ein Archiv dieser Aufzeichnungen haben, sie können verwendet werden. Zum Beispiel die gleichen Clogs: Wir sammeln Statistiken darüber, wie sie auftreten, wo sie am häufigsten sind, welche Art von Clogs sie sind und wie hoch ihre Intensität ist. Dann verbinden wir die empfangenen Daten mit den von den Sensoren gesammelten Informationen. Dann gehen wir zu Kollegen, die sich mit der Erstellung von Vorhersagemodellen befassen, und wir haben die Möglichkeit, Blockaden viel genauer vorherzusagen und den technischen Prozess anzupassen, noch bevor ihre ersten Anzeichen auftreten.
Die zweite ist die enge Integration in die bestehende Produktionslinie. Wenn früher klar war, dass eine Ehe in irgendeiner Linie zustande gekommen war, blieb es nur, dem Betreiber ein Signal zu geben und ihn zu bitten, eine lebende Person zu schicken, um alles aufzuräumen. Nach der Integration können Sie automatisch schnelle Befehle zum Öffnen der Dämpfer senden. Danach geht die Ehe bis zum Anschlag.
Wie funktioniert das System selbst?
Aufgrund der geografischen Lage unserer Arbeit können wir nicht alle Videostreams in Moskau sammeln und hier verarbeiten. Daher ist unser System verteilt, wir müssen es so nah wie möglich an den Videostreams platzieren, da sonst das vorhandene Netzwerk für die Datenübertragung nicht ausreicht. Hier werden wir oft gefragt: Warum möchten Sie keine Kameras verwenden, mit denen Sie vorläufige Analysen direkt an der Kamera durchführen können? Wir wollen! :) Aber! Hier gibt es zwei Faktoren gleichzeitig, wonach die Verarbeitung auf Kameras eine schöne Sache bleibt, aber in den meisten Fällen schwer zu erreichen ist.
Erstens Explosionsschutz. Ja, deshalb schreiben wir in fast jedem Beitrag darüber, weil es fast überall gebraucht wird. Natürlich gibt es explosionsgeschützte Bildverarbeitungskameras, aber der Preis dafür ist keineswegs gering. Außerdem ist jede Änderung einer solchen Infrastruktur in einer Sprengstoffproduktion immer teuer und zeitaufwändig (da zusätzlich zu den Installationsarbeiten selbst ein Projekt mit den Aufsichtsbehörden vorbereitet und koordiniert werden muss, was auch Zeit und Geld kostet).
Zweitens die Einstellung der Produktion. Wenn wir die Möglichkeit haben, die Kameras durch modernere zu ersetzen, ist es unmöglich, neues notwendiges Eisen ohne Unterbrechungen in der Produktionsarbeit zu installieren. Der Prozess der Suche nach einem geeigneten Technologiefenster verzögert auch die Implementierung.
Es stellt sich heraus, dass die Verarbeitung nicht auf Kameras erfolgt, sondern auf Servern viel einfacher. Das Paradigma unseres Systems ist daher, dass wir versuchen, die vorhandene Infrastruktur, die wir bereits installiert haben, optimal zu nutzen. Die für die Analyse des Videostreams verantwortlichen Server befinden sich in der explosionsgeschützten Zone so nah wie möglich an der Kamera. Der Integrationsbus, der die Integration mit dem Videoüberwachungssystem, dem Datensee, der IoT-Plattform und anderen Diensten sowie die Ereignisverarbeitungslogik ermöglicht, wird auf mehreren virtuellen Maschinen in einem Produktionscluster bereitgestellt, um eine hohe Systemverfügbarkeit sicherzustellen.
Von besonderem Interesse für uns ist die Lösung des Problems der direkten Analyse des Signals. Es ist sofort erwähnenswert, dass nicht alle bei SIBUR betriebenen Bildanalysemodelle von Grund auf neu entwickelt wurden. In Übereinstimmung mit unserem Paradigma, das Maximum dessen zu nutzen, was ist, nutzen wir aktiv die Ergebnisse der Arbeit von Modellen, die sich bereits in Videoüberwachungssystemen oder in Videoanalysesystemen anderer Unternehmen befinden. Falls jedoch keine Modelle installiert sind, müssen wir etwas Neues finden / entwickeln. Zu diesem Zweck haben wir in der Phase des Systemdesigns die Softwareschnittstelle für das Modell entwickelt und repariert.
Dies gab uns die Möglichkeit, Entwickler von Drittanbietern einzubeziehen und coole Dinge wie OpenVINO schnell zu integrieren. Wir haben eine Vielzahl von Problemen, die in Anerkennung gelöst werden müssen. Angefangen bei den klassischen Problemen der Erkennung und Klassifizierung im RGB-Raum (Analyse des Auftretens von Agglomeraten auf vibrierenden Bildschirmen) über die Objektverfolgung (Analyse der Produktneubewertung) bis hin zur Arbeit mit RGBD bei der Analyse des Flusses von Kameras zur Steuerung des Betriebs von Manipulatoren.
Die hauptsächliche Subtilität bei Petrochemikalien ist das Ungleichgewicht der Probe. Es gibt viele Daten in einer Situation, in der alles in Ordnung ist, sogar viele. Es gibt jedoch nur sehr wenige Daten, wenn etwas schief geht. Es ist unmöglich, absichtlich eine Zeile zu bewerten, nur um einen Testdatensatz zu sammeln. Irgendwo ist es einfach unmöglich, ohne die Leitung anzuhalten und neu zu starten (was zu Geldverlusten aufgrund von Ausfallzeiten führt), irgendwo ist es aus Sicht des technologischen Prozesses im Allgemeinen unsicher. Daher untersuchen wir aktiv die Möglichkeiten einer zusätzlichen Erweiterung und Datensynthese. Dies hat seine eigenen Erfolge, wir hoffen, einen Artikel darüber hinzufügen und veröffentlichen zu können :)
Wir selbst entwickeln in Python sowohl den Rücken als auch die Modelle. Bereitstellung hauptsächlich für Docker.
Ergebnisse
Das Projekt wurde vor etwas mehr als einem Jahr gestartet. In dieser Zeit ist es uns bereits gelungen, unsere Software in unseren Produktionsstätten in Tomsk, Tobolsk, Woronesch zu implementieren.
Dank des Systems wurden viele Ereignisse festgestellt, die von den Bedienern zeitnah verarbeitet wurden.
Die Hauptsache ist, dass das System bewiesen hat, dass es nützlich ist, und wie geplant eine positive Bewertung von der Produktion erhält. Es werden Situationen eingeebnet, in denen wir noch einige Zeit minderwertige Produkte produzieren würden, wodurch die Produktion von etwas verschwendet wird, das nicht verkauft werden kann, und es vorher ziemlich schwierig zu montieren ist. wie zu entsorgen. Oder wenn wir anstelle des erwarteten Produkts aufgrund unbemerkter Fehler ein anderes, billigeres Produkt produzieren.
Dies ist beispielsweise mit Polypropylen möglich. Die letzte Phase der Produktion bei uns sind die Polypropylen-Pellets, die Sie in unseren anderen Posts und Videos gesehen haben. Sie werden bequem in Säcke gegossen, transportiert, in Behälter gegossen, sie entsprechen den angegebenen Leistungsmerkmalen. Wenn Sie die Situation jedoch nicht mit der Einsteckzeit bemerken und bewältigen, erhalten Sie ein anderes Produkt. Agglomerat wird hineingießen, Granulat beginnt zusammenzukleben. Dies ist immer noch das gleiche Polypropylen, aber aufgrund solcher Pfosten während der Produktion handelt es sich um eine andere Produktmarke. Natürlich billiger.
Es stellt sich daher heraus, dass das System uns sowohl vor zusätzlichen Notstopps, wenn Menschen Zeit verschwenden und Autos leider untätig sind, als auch vor der Herstellung eines solchen Produkts mit einer niedrigeren Klasse als geplant bewahrt hat.
Pläne für die Zukunft
Wir entwickeln das System weiter, da es in den Einrichtungen viele Videoüberwachungssysteme gibt, die unterschiedlich sind, aber wir müssen uns in jedes integrieren. Derzeit sind wir damit beschäftigt, eine vollwertige Remote-Bereitstellung des Systems an Standorten einzurichten. Der Fernzugriff an den Produktionsstandorten ist ebenfalls nicht so einfach, daher gibt es hier einige Besonderheiten - die Unternehmensschaltung, verschiedene Netzwerksegmente, Sicherheitsbeschränkungen und mehr.
Außerdem arbeiten wir an einer vollständigeren Erfassung von Daten von Sensoren, um ein möglichst detailliertes Bild davon zu erhalten, was passiert.
Die Rückmeldungen der Betreiber sind überwiegend positiv. Wenn wir uns entschließen würden, das System zu entwickeln, ausgehend vom Paradigma „Jetzt werden Sie alle an dieser neuen Sache arbeiten“, wäre es höchstwahrscheinlich etwas anders.