過(guò)程安全系統(tǒng)的最新發(fā)展——在智能的虛擬世界中實(shí)時(shí)監(jiān)控

　　【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】過(guò)程安全是運(yùn)營(yíng)的重要組成部分，特別是在石油和天然氣、生命科學(xué)、發(fā)電和化工等不穩(wěn)定行業(yè)。所有這些都為全球消費(fèi)者提供必需品和服務(wù)，一旦發(fā)生中斷可能會(huì)對(duì)全球供應(yīng)鏈造成不利影響。因此過(guò)程安全需要規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，以防止過(guò)程故障導(dǎo)致的安全相關(guān)事件帶來(lái)的嚴(yán)重后果。
 

　　隨著工業(yè)運(yùn)營(yíng)規(guī)模越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。對(duì)于許多設(shè)施來(lái)說(shuō)，停機(jī)檢修是不現(xiàn)實(shí)的。在發(fā)生事故時(shí)，如果有一個(gè)超級(jí)英雄隨時(shí)待命來(lái)控制并降低風(fēng)險(xiǎn)，那該有多好。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，必須依靠人員、安全系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合來(lái)拯救局面。
 

　　隨著工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和變化，底層技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)狀況也在變化。企業(yè)必須對(duì)其傳統(tǒng)的過(guò)程安全系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)或現(xiàn)代化改造，以確保人員、運(yùn)營(yíng)和周圍環(huán)境的安全。對(duì)這些安全系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，并利用人工智能(AI)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)等新技術(shù)，可以幫助人員設(shè)計(jì)、構(gòu)建、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)更好、更安全的系統(tǒng)和應(yīng)用。
 

　　傳統(tǒng)的過(guò)程安全保護(hù)層
 

　　傳統(tǒng)的過(guò)程安全系統(tǒng)，例如基本過(guò)程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)(SIS)，是被動(dòng)或最低需求的系統(tǒng)，內(nèi)置了多層保護(hù)措施，可以在危險(xiǎn)的環(huán)境中保護(hù)工人的安全。這些系統(tǒng)可以降低和減輕風(fēng)險(xiǎn)，以確保人員、過(guò)程和環(huán)境的安全。它使過(guò)程達(dá)到安全狀態(tài)，無(wú)論是停止還是啟動(dòng)某些設(shè)備。
 

　　人員、技術(shù)和操作會(huì)影響B(tài)PCS和SIS系統(tǒng)的所有保護(hù)層。為了保證運(yùn)營(yíng)安全，這些系統(tǒng)必須始終可用并高效運(yùn)行。由于存在氣隙，工作人員傾向于認(rèn)為它們是安全的，這意味著除非工作人員手動(dòng)訪問(wèn)，否則系統(tǒng)是隔離的。
 

　　通過(guò)監(jiān)控人機(jī)界面(HMI)上的警報(bào)，工廠運(yùn)營(yíng)人員成為了任何安全系統(tǒng)或安全模型的保護(hù)層之一。維護(hù)安全系統(tǒng)需要監(jiān)督。工人必須記錄、測(cè)試、再次記錄、驗(yàn)證并記錄結(jié)果。這個(gè)過(guò)程很快就會(huì)變得單調(diào)乏味，容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，在極端情況下可能還會(huì)被遺忘或跳過(guò)。
 

　　出于這些原因，過(guò)程安全系統(tǒng)很少被修改，除非它們需要滿足新的監(jiān)管合規(guī)性。BPCS會(huì)定期執(zhí)行，因此如果系統(tǒng)沒(méi)有有效運(yùn)行，就會(huì)被注意到。如果由于缺乏維護(hù)、資源帶寬或其它原因，BPCS沒(méi)有滿負(fù)荷運(yùn)行，并且運(yùn)營(yíng)人員沒(méi)有足夠快地處理報(bào)警，那么SIS將接管監(jiān)控并維持過(guò)程安全。
 

　　考慮到這些問(wèn)題，過(guò)程安全系統(tǒng)在應(yīng)用更新或新技術(shù)進(jìn)步方面往往滯后。這些舊系統(tǒng)必須跟上潮流。否則，災(zāi)難性事件隨時(shí)可能發(fā)生，特別是當(dāng)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)面臨網(wǎng)絡(luò)安全威脅和攻擊的情況下。
 

　　保護(hù)過(guò)程設(shè)施免受網(wǎng)絡(luò)攻擊
 

　　第四次工業(yè)革命有望通過(guò)提高診斷能力、增加設(shè)備之間的連接性以及融合信息技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)(IT/OT)系統(tǒng)來(lái)提高生產(chǎn)率。但即便如此，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題仍隱約可見(jiàn)。
 

　　效率提高的同時(shí)也大大增加了系統(tǒng)的攻擊面。與系統(tǒng)建立的每個(gè)額外的外部連接都是可利用漏洞的另一個(gè)潛在攻擊媒介。
 

　　在這個(gè)快速發(fā)展的世界里，如果設(shè)施沒(méi)有適當(dāng)?shù)陌踩蚣芑驅(qū)I(yè)知識(shí)，那么保持這些系統(tǒng)的安全就具有挑戰(zhàn)性。幸運(yùn)的是，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了所需的指導(dǎo)。很多工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)開始采用IEC 62443標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析并采用其安全最佳實(shí)踐。
 

　　更新老舊系統(tǒng)通常是一項(xiàng)成本高昂的工作，但什么都不做并成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)，可能會(huì)付出更高的代價(jià)。攻擊會(huì)導(dǎo)致數(shù)天甚至數(shù)周的計(jì)劃外停機(jī)、收入損失、法律問(wèn)題，并對(duì)公司聲譽(yù)造成重大打擊。近年來(lái)，此類攻擊不斷增加。
 

　　現(xiàn)在是時(shí)候?qū)@些傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造和更新了，工廠設(shè)施人員可以應(yīng)用AI、AR/VR和其它技術(shù)使系統(tǒng)更安全。這個(gè)過(guò)程始于人和技術(shù)的結(jié)合。
 

　　在智能的虛擬世界中實(shí)時(shí)監(jiān)控
 

　　隨著員工流失和退休人數(shù)的增加，工廠面臨著技能缺口。新資源需要培訓(xùn)，必須盡快掌握各種系統(tǒng)，特別是在老舊系統(tǒng)知識(shí)不再可用的情況下。能夠模擬或仿真過(guò)程應(yīng)用是培訓(xùn)的關(guān)鍵。
 

　　許多設(shè)施已經(jīng)依賴人工智能和AR/VR等仿真工具來(lái)實(shí)踐BPCS和SIS運(yùn)維場(chǎng)景，而不會(huì)使真實(shí)的設(shè)備、人員或環(huán)境面臨風(fēng)險(xiǎn)。這不是對(duì)過(guò)程的高度圖形化表示，也不等同于在現(xiàn)場(chǎng)查看和與真實(shí)設(shè)備的交互。
 

　　與人類員工不同，這些智能工具不需要休息吃飯或睡覺(jué)。例如，可以虛擬地描繪工廠，并使用VR頭戴式耳機(jī)在虛擬世界中導(dǎo)航。設(shè)施還可以使用人工智能來(lái)監(jiān)控過(guò)程變量，并確保它們保持在規(guī)定的安全公差范圍內(nèi)。在這些情況下，在安全的環(huán)境中進(jìn)行培訓(xùn)比通過(guò)實(shí)時(shí)響應(yīng)事件來(lái)學(xué)習(xí)更有益和高效。
 

　　AR/VR工具還可以幫助員工以各種身份學(xué)習(xí)SIS。該技術(shù)可以模擬基本的維護(hù)和測(cè)試功能，并引導(dǎo)用戶完成現(xiàn)實(shí)生活中的工作流程。過(guò)去需要幾個(gè)月才能學(xué)到的東西，現(xiàn)在只需幾天或幾周就可以學(xué)會(huì)。除了替換現(xiàn)有功能外，AR/VR還可以大幅擴(kuò)展功能，為計(jì)劃停機(jī)和災(zāi)難性故障事件執(zhí)行場(chǎng)景規(guī)劃。過(guò)去，這些事件只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)來(lái)了解。
 

　　在不久的將來(lái)，安全人員可以利用AI來(lái)設(shè)計(jì)安全需求規(guī)范(SRS)，執(zhí)行所有安全計(jì)算，甚至創(chuàng)建應(yīng)用程序代碼本身。通過(guò)訪問(wèn)實(shí)時(shí)行業(yè)數(shù)據(jù)，AI可以納入最新的行業(yè)最佳實(shí)踐，并在發(fā)現(xiàn)不足時(shí)更新SIS的各個(gè)方面。一旦安全團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了SRS，就可以進(jìn)一步利用AI來(lái)運(yùn)營(yíng)和管理維護(hù)和測(cè)試計(jì)劃，以確保隨著時(shí)間的推移，安全計(jì)算仍然保持有效。
 

　　Apple Vision Pro就是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)的一個(gè)例子，它能夠集成AI和AR，可以幫助人員更好地應(yīng)對(duì)高壓情況，同時(shí)為其提供更多信息。例如，在虛擬世界中導(dǎo)航工廠時(shí)，維護(hù)人員會(huì)被告知有過(guò)程報(bào)警的區(qū)域。當(dāng)設(shè)備達(dá)到使用壽命時(shí)，它還會(huì)提醒其注意維護(hù)或更換問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)使用AR和AI來(lái)幫助員工更好、更智能地工作。
 

　　這些技術(shù)為提高SIS的安全性和可靠性提供了許多潛在機(jī)會(huì)。SIS的單調(diào)性可以轉(zhuǎn)移到這些技術(shù)上，使人們能夠?qū)Ｗ⒂谥挥腥祟惒拍芙鉀Q的問(wèn)題。
 

　　任何工業(yè)設(shè)施都必須始終將過(guò)程安全放在首位。對(duì)傳統(tǒng)安全系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，并遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，將有助于改善運(yùn)營(yíng)并減少災(zāi)難性故障。所有過(guò)程安全系統(tǒng)的主要目標(biāo)都是確保其高效運(yùn)行，以保證工廠、員工和周邊環(huán)境的安全。
 

　　盡管AI的更多功能仍在發(fā)展中，而且AR/VR是一種相對(duì)資源密集型的機(jī)制，但現(xiàn)在為其應(yīng)用做好準(zhǔn)備，將使工廠設(shè)施處于領(lǐng)先地位。這種遠(yuǎn)見(jiàn)將使過(guò)程安全系統(tǒng)在現(xiàn)在和未來(lái)使工作環(huán)境更加安全和穩(wěn)健。