Šest otázek pro odstranění překážek APC

OBRÁZEK 1: Emerson DeltaV PredictPro využívá modelové prediktivní strategie řízení, které umožňují zvednout výkonnost, snížit provozní náklady a zvýšit kvalitu. Obrázky poskytla společnost Emerson OBRÁZEK 1: Emerson DeltaV PredictPro využívá modelové prediktivní strategie řízení, které umožňují zvednout výkonnost, snížit provozní náklady a zvýšit kvalitu. Obrázky poskytla společnost Emerson

Pokročilé řízení procesů (APC) umožňuje automatizaci snižovat variabilitu, zvyšovat objem výroby a dosahovat cílů udržitelnosti.

Procesní výrobci často využívají pokročilé funkce řízení procesů (APC), které jsou součástí řídicího softwaru, nad rámec řešení základních výzev regulačního řízení. Vzhledem k tomu, že procesní výrobci jsou pod stále větším tlakem, aby zvládali více s menšími náklady, mnozí z nich zkoumají způsoby, jak dosáhnout lepší kvality, nižší variability a vyššího objemu výroby pomocí pokročilé automatizace. APC optimalizuje řízení pro dosažení co nejlepšího výkonu.

APC integruje prvky regulačního řízení a vytváří tak sofistikovanější strukturu, která uvolňuje sílu automatizace. Zatímco regulační řízení je postaveno na dobře známých algoritmech a strategiích, jež se za posledních několik desetiletí výrazně nezměnily, APC vyžaduje, aby týmy přizpůsobily automatizaci procesům, které spravují a řídí. Mnoho provozních týmů podlehlo představě o složitosti APC a obávají se, že je nad jejich možnosti a schopnosti, zejména v situaci, kdy se závody potýkají s odchodem zkušených pracovníků do důchodu. Zodpovězení následujících šesti otázek týkajících se APC může procesním výrobcům pomoci pochopit, že APC je proveditelnou a často klíčovou strategií potřebnou k udržení konkurenceschopnosti.

1. Co je pokročilé řízení procesů?

Řízení APC používá softwarovou logiku, aby naplno využilo hodnotu moderního řízení procesů. Pomocí pokročilých nástrojů, jako je statistické modelování, analytika, prediktivní řízení na bázi modelu (MPC), řízení ve více smyčkách a další, mohou procesní výrobci maximalizovat účinnost automatizačního systému pro přesnější řízení a nižší variabilitu. Přesnější systém řízení vede ke zlepšení kvality, zvýšení výkonnosti a k vyšší energetické účinnosti.

2. Má závod obchodní potřebu pokročilého řízení procesů?

APC je k dispozici již dlouhou dobu a v některých procesních odvětvích je rozšířené. V závodech vyrábějících produkty s nízkými maržemi je APC klíčovou hnací silou úspěchu, protože zpřísňuje kontrolní strategie s cílem eliminovat plýtvání, snížit spotřebu energie a výrazně omezit výrobní náklady.

Všichni procesní výrobci chtějí maximalizovat zisk a kvalitu, ale trhy se mění. Veřejnost dnes korporace bedlivě sleduje. Investoři a firemní kanceláře to dobře vědí. V reakci na to stále více procesních výrobců informuje o vznikajících iniciativách v oblasti udržitelnosti. Tyto iniciativy musejí výrobní závody podporovat. Často se má za to, že udržitelnost je dána velkými změnami v závodě, jako je instalace solárních panelů nebo plánování generálních oprav závodů či zapojení efektivnějších strojů do procesu. První, na co by se však každá organizace měla zaměřit při hledání způsobů, jak fungovat udržitelněji, je efektivita provozu jejího závodu. Efektivita a udržitelnost jsou neoddělitelné.

APC snižuje variabilitu provozu a pomáhá tak zajistit efektivnější využívání energie, což je klíčový ukazatel udržitelného provozu. To byl případ jednoho procesního výrobce, který zavedl systém řízení APC u elektrických obloukových pecí. Zpřesněním rozsahu regulace množství energie pro pec snížili technici spotřebu energie v procesu o 15 až 20 %. Snížení spotřeby energie rychle prokázalo návratnost investice a zredukovalo energetickou stopu závodu, což přispělo k udržitelnější výrobě. 

3. Zvýší zavedení pokročilého řízení procesů pracovní zátěž obsluhy?

Dnešní provozní a údržbářské týmy jsou mnohem menší než před deseti lety, ale očekává se od nich, že budou pracovat efektivněji než kdykoli předtím. Provoz v těchto podmínkách často nutí týmy nepřetržitě pracovat na údržbě a provozních výzvách. Takové týmy mohou mít pocit, že nemají dostatečnou kapacitu, aby se mohly zaměřit na optimalizaci.

Velká část každodenního „hašení požárů“, které maximálně vytěžuje týmy provozu a údržby, je výsledkem variability procesů. Pokud v závodech dochází k velkým výkyvům ve výrobě nebo ve způsobu, jakým pracovníci procesy řídí, fixní zařízení – jako jsou čerpadla, motory a další výrobní prostředky – často pracují intenzivněji v reakci na proměnlivost procesů. Tyto neustálé změny mohou zvýšit problémy se spolehlivostí a narušovat následné fáze procesu.

Když týmy zvyklé na neustálé „hašení požárů“ zavedou APC, začnou pracovat v mnohem užším pásmu a proces bude daleko předvídatelnější. Výrobní prostředky, jako jsou rotační zařízení, již nebudou trpět takovými výkyvy jako v méně kontrolovaném prostředí. Přesnější řízení vede k menšímu opotřebení a větší předvídatelnosti.

Tato koncepce platí i pro provozy s více jednotkami. Pokud je v provozu pět řídicích strategií bez zastřešující strategie řízení APC, mohou se provoz a údržba snažit optimalizovat každý proces zvlášť, přičemž co nejlépe vyladí pět jednotlivých strategií. Tyto dobře fungující smyčky si však mohou také vzájemně konkurovat, což snižuje nebo eliminuje efektivitu získanou pečlivým vyladěním procesu. Řízení APC optimalizuje všechny smyčky společně, přičemž zohledňuje potřeby každé smyčky a holisticky harmonizuje strategie napříč celým závodem s cílem optimalizovat konkrétní výsledek.

I když může APC pomoci provozním a údržbářským týmům dosáhnout významných pokroků v omezení každodenního „hašení požárů“, je často obtížné zevnitř závodu tuto potřebu rozpoznat. V mnoha případech jsou týmy příliš zaneprázdněné na to, aby „věděly, co nevědí“. V těchto případech může být užitečné požádat o pomoc partnery v oblasti automatizace.

Externí poradci přicházejí s jiným pohledem na věc, protože nejsou součástí každodenního provozu a mohou identifikovat provozní problémy, kterých si nemusejí být zaměstnanci závodu vědomi. Mohou také pomoci identifikovat oblasti, v nichž je třeba provést změny, naplánovat a realizovat tyto změny a vytvořit plán pro udržování logiky, modelů a postupů APC v aktuálním stavu po celou dobu životnosti zařízení v závodě, což jsou činnosti, které mohou být pro místní týmy příliš náročné na to, aby se jim věnovaly samy.

U jistého výrobce potravin a nápojů, jenž se potýkal se sníženou kvalitou produktů a nepředvídanou variabilitou procesů, stejně jako s výpadky v důsledku špatného výkonu zařízení, poskytlo řízení APC komplexní řešení. Týmy pro provoz a spolehlivost implementovaly řešení MPC pro lepší řízení teploty a proudění vzduchu na sušicích jednotkách a pro stabilizaci přívodu na odstředivce. Tyto změny snížily počet výpadků a stabilizovaly operace, maximalizovaly objem výroby produktu a zároveň zvýšily kvalitu produktu (obrázek 1).

4. Není pokročilé řízení procesů určeno pro mnohem větší organizace?

Projekty APC jsou tak rozsáhlé, jak závod potřebuje. Některé z nejzdařilejších projektů APC jsou malé a zaměřují se na konkrétní problémy v závodě. Nejúspěšnější týmy, které zavádějí APC, si určí konkrétní ekonomickou proměnnou, kterou chtějí řídit, a optimalizují proces podle této proměnné, což následně optimalizuje provoz celé jednotky. Nejlepší projekty jsou často ty nejpodrobnější, protože existence konkrétního problému, který je třeba vyřešit, nejen pomáhá zajistit financování realizace, ale také usnadňuje prokazování návratnosti investic po úspěšné realizaci, což vzbuzuje chuť do dalších projektů.

Severoamerický výrobce chemikálií potřeboval zlepšit cílové hodnoty výroby, ale nebyl připraven na generální opravu závodu. Provozní tým zavedl MPC na výrobních jednotkách, aby upravil proměnné a zpřísnil omezení ve stávajícím procesu. Odhadovaná návratnost investice do projektu APC – včetně 10% snížení výroby produktů mimo specifikaci, zvýšení výnosů a úspory páry za více než 6 milionů liber ročně – byla dosažena za méně než 6 měsíců (obrázek 2).

CTL2209 MAG2 F1 APC Emerson Fig2OBRÁZEK 2: Pokročilé řízení procesů v distribuovaném řídicím systému DeltaV pomohlo procesnímu výrobci výrazně zvýšit výkonnost a udržitelnost

Klíčové je pochopit, že je možné začít v malém, přičemž nové technologie, jako je cloud computing, to usnadňují a umožňují škálování během implementace. Prozíravé organizace začínají plánovat APC pomocí simulačního softwaru. Před zahájením optimalizačního projektu tyto projektové týmy vytvoří simulaci APC, aby prokázaly teoretické zvýšení hodnoty. Po dokončení projektu však simulace svou hodnotu neztrácí. Stejnou simulaci lze použít k testování a ověřování jakýchkoli změn před implementací na místě; může také sloužit jako komplexní testovací a školicí nástroj pro obsluhu a techniky během implementace i po ní.

Ještě před několika lety by technologie pro takovou simulaci byla pro všechny organizace, kromě těch největších, nedostupná. Cloudové simulační platformy dnes nabízejí modely předplatného, které významně usnadňují jejich dostupnost. Tyto cloudové simulační služby jsou škálovatelné a poskytují nástroje správy třetích stran, které usnadňují nasazení, aktualizaci a údržbu technologie.

5. Mají místní pracovníci odborné znalosti k zavádění pokročilého řízení procesů?

Jedním z klíčových problémů při uvažování o APC je nedostatek zkušených pracovníků na místě, kteří by navrhovali, nasazovali a spravovali pokročilou řídicí logiku. Návrh APC vyžaduje technika s hlubokými vědomostmi a znalého procesů, s rozsáhlými zkušenostmi s řízením procesů a chápáním pokročilých algoritmů. Tento technik však nemusí být interním pracovníkem.

Procesní výrobci často spolupracují s poskytovatelem služeb, který jim pomůže identifikovat, navrhnout a realizovat strategii APC. Toto partnerství přináší zřejmou výhodu, jelikož umožňuje organizaci bez hlubokého odborného zázemí využít APC, ale nečekanou výhodou je také pravděpodobnost rychlejší návratnosti investic.

Odborní poskytovatelé služeb začlení návrh projektu do plánu založeného na výsledcích, který pomůže vytvořit obchodní argumenty pro projekt a umožní místnímu týmu jasně prokázat úspěšnost a hodnotu projektu, čímž vytvoří impulz i pro budoucí vylepšování (obrázek 3).

V jednom případě potřeboval globální výrobce chemikálií implementovat zlepšení procesů ve svém závodě, ale neměl k dispozici personál s potřebnými dovednostmi a čas nezbytný k realizaci. Organizace navázala spolupráci se společností, která zavedla program výkonnosti řízení, jehož součástí byly měsíční služby zkušeného konzultanta pro pokročilé řízení. Konzultant se věnoval zlepšení regulačního řízení a MPC a poskytoval pomoc při správě řídicího systému.

Výrobce odhaduje, že výsledkem bude úspora energie ve výši více než 100 000 dolarů ročně a přímé zlepšení procesů díky lepšímu řízení ve výši více než 200 000 dolarů ročně, přičemž návratnost počáteční investice byla kratší než 60 dní.

CTL2209 MAG2 F1 APC Emerson Fig3 Emerson personnel with HMIsOBRÁZEK 3: Strategické partnerství s poskytovatelem automatizace může provozním týmům pomoci odstranit nedostatky v odborných znalostech při zavádění pokročilého řízení procesů

6. Proč je dnes pro organizace vhodná doba k tomu, aby usilovaly o APC?

V poslední době se spojilo mnoho faktorů, díky nimž je APC cennější strategií než kdykoli dříve. Dnešní závody jsou pod stále větším tlakem kvůli nízkým maržím a narušením dodavatelského řetězce. Vedoucí pracovníci také intenzivněji kontrolují výkonnost závodů, protože se více zaměřují na udržitelný provoz, aby splnili očekávání akcionářů, zaměstnanců a veřejnosti. Rychlý technologický pokrok propojuje lidi a procesy, a proto je nyní nejlepší doba v historii automatizace, aby se organizace vydaly na cestu APC.

Sean Sims, autor článku, je viceprezident společnosti Emerson pro platformu DeltaV. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com