過程安全系統的最新發展——在智能的虛擬世界中實時監控
發布時間：2025-03-06 www.xstr.xyz
過程安全是運營的重要組成部分，特別是在石油和天然氣、生命科學、發電和化工等不穩定行業。所有這些都為全球消費者提供必需品和服務，一旦發生中斷可能會對全球供應鏈造成不利影響。因此過程安全需要規避風險，以防止過程故障導致的安全相關事件帶來的嚴重后果。
隨著工業運營規模越來越大、越來越復雜，風險也隨之增加。對于許多設施來說，停機檢修是不現實的。在發生事故時，如果有一個超級英雄隨時待命來控制并降低風險，那該有多好。然而，在現實世界中，必須依靠人員、安全系統和自動化系統的結合來拯救局面。
隨著工業領域的發展和變化，底層技術和風險狀況也在變化。企業必須對其傳統的過程安全系統進行數字化升級或現代化改造，以確保人員、運營和周圍環境的安全。對這些安全系統進行現代化改造，并利用人工智能（AI）和增強現實/虛擬現實（AR/VR）等新技術，可以幫助人員設計、構建、運營和維護更好、更安全的系統和應用。
傳統的過程安全保護層
傳統的過程安全系統，例如基本過程控制系統（BPCS）和安全儀表系統（SIS），是被動或最低需求的系統，內置了多層保護措施，可以在危險的環境中保護工人的安全。這些系統可以降低和減輕風險，以確保人員、過程和環境的安全。它使過程達到安全狀態，無論是停止還是啟動某些設備。
人員、技術和操作會影響BPCS和SIS系統的所有保護層。為了保證運營安全，這些系統必須始終可用并高效運行。由于存在氣隙，工作人員傾向于認為它們是安全的，這意味著除非工作人員手動訪問，否則系統是隔離的。
通過監控人機界面（HMI）上的警報，工廠運營人員成為了任何安全系統或安全模型的保護層之一。維護安全系統需要監督。工人必須記錄、測試、再次記錄、驗證并記錄結果。這個過程很快就會變得單調乏味，容易出現人為錯誤，在極端情況下可能還會被遺忘或跳過。
出于這些原因，過程安全系統很少被修改，除非它們需要滿足新的監管合規性。BPCS會定期執行，因此如果系統沒有有效運行，就會被注意到。如果由于缺乏維護、資源帶寬或其它原因，BPCS沒有滿負荷運行，并且運營人員沒有足夠快地處理報警，那么SIS將接管監控并維持過程安全。
考慮到這些問題，過程安全系統在應用更新或新技術進步方面往往滯后。這些舊系統必須跟上潮流。否則，災難性事件隨時可能發生，特別是當工業自動化控制系統面臨網絡安全威脅和攻擊的情況下。
保護過程設施免受網絡攻擊
第四次工業革命有望通過提高診斷能力、增加設備之間的連接性以及融合信息技術和運營技術（IT/OT）系統來提高生產率。但即便如此，網絡安全問題仍隱約可見。
效率提高的同時也大大增加了系統的攻擊面。與系統建立的每個額外的外部連接都是可利用漏洞的另一個潛在攻擊媒介。
在這個快速發展的世界里，如果設施沒有適當的安全框架或專業知識，那么保持這些系統的安全就具有挑戰性。幸運的是，行業標準提供了所需的指導。很多工業自動化控制系統開始采用IEC 62443標準進行風險分析并采用其安全最佳實踐。
更新老舊系統通常是一項成本高昂的工作，但什么都不做并成為網絡攻擊的目標，可能會付出更高的代價。攻擊會導致數天甚至數周的計劃外停機、收入損失、法律問題，并對公司聲譽造成重大打擊。近年來，此類攻擊不斷增加。
現在是時候對這些傳統的安全系統進行數字化改造和更新了，工廠設施人員可以應用AI、AR/VR和其它技術使系統更安全。這個過程始于人和技術的結合。
在智能的虛擬世界中實時監控
隨著員工流失和退休人數的增加，工廠面臨著技能缺口。新資源需要培訓，必須盡快掌握各種系統，特別是在老舊系統知識不再可用的情況下。能夠模擬或仿真過程應用是培訓的關鍵。
許多設施已經依賴人工智能和AR/VR等仿真工具來實踐BPCS和SIS運維場景，而不會使真實的設備、人員或環境面臨風險。這不是對過程的高度圖形化表示，也不等同于在現場查看和與真實設備的交互。
與人類員工不同，這些智能工具不需要休息吃飯或睡覺。例如，可以虛擬地描繪工廠，并使用VR頭戴式耳機在虛擬世界中導航。設施還可以使用人工智能來監控過程變量，并確保它們保持在規定的安全公差范圍內。在這些情況下，在安全的環境中進行培訓比通過實時響應事件來學習更有益和高效。
AR/VR工具還可以幫助員工以各種身份學習SIS。該技術可以模擬基本的維護和測試功能，并引導用戶完成現實生活中的工作流程。過去需要幾個月才能學到的東西，現在只需幾天或幾周就可以學會。除了替換現有功能外，AR/VR還可以大幅擴展功能，為計劃停機和災難性故障事件執行場景規劃。過去，這些事件只能通過現場體驗來了解。
在不久的將來，安全人員可以利用AI來設計安全需求規范（SRS），執行所有安全計算，甚至創建應用程序代碼本身。通過訪問實時行業數據，AI可以納入最新的行業最佳實踐，并在發現不足時更新SIS的各個方面。一旦安全團隊驗證了SRS，就可以進一步利用AI來運營和管理維護和測試計劃，以確保隨著時間的推移，安全計算仍然保持有效。
Apple Vision Pro就是應用現代技術的一個例子，它能夠集成AI和AR，可以幫助人員更好地應對高壓情況，同時為其提供更多信息。例如，在虛擬世界中導航工廠時，維護人員會被告知有過程報警的區域。當設備達到使用壽命時，它還會提醒其注意維護或更換問題。這項技術使用AR和AI來幫助員工更好、更智能地工作。
這些技術為提高SIS的安全性和可靠性提供了許多潛在機會。SIS的單調性可以轉移到這些技術上，使人們能夠專注于只有人類才能解決的問題。
任何工業設施都必須始終將過程安全放在首位。對傳統安全系統進行現代化改造，并遵循行業標準和最佳實踐，將有助于改善運營并減少災難性故障。所有過程安全系統的主要目標都是確保其高效運行，以保證工廠、員工和周邊環境的安全。
盡管AI的更多功能仍在發展中，而且AR/VR是一種相對資源密集型的機制，但現在為其應用做好準備，將使工廠設施處于領先地位。這種遠見將使過程安全系統在現在和未來使工作環境更加安全和穩健。