Provozy řízené ziskem vyžadují integraci IT a OT

Provozy řízené ziskem vyžadují integraci IT a OT

Maximalizace zisku procesních závodů vyžaduje úzkou integraci na všech úrovních organizace.

Optimalizace na úrovni provozních technologií (PT) vyžaduje sdílení výsledků a získání zpětné vazby od vyšších úrovní organizace, aby bylo dosaženo nejlepšího výkonu. Integrace IT s PT je nutná pro sdílení dat a informací mezi všemi úrovněmi výrobní organizace, aby bylo možno realizovat provoz řízený ziskem (Profit-Driven Operation – PDO).

PDO pomáhá firmám v procesním průmyslu dosahovat ziskovějších provozů prostřednictvím zlepšování výkonu výroby v reálném čase, což vyžaduje sladění od úrovně managementu až po základní výrobní úroveň. PDO bere například ukazatele výkonnosti výroby sledované týdně nebo měsíčně vedením závodu a rozděluje tyto ukazatele na technickou a provozní úroveň pomocí nejlepších průmyslových postupů k vytvoření synaptických ukazatelů výkonnosti (Synaptic Performance Indicators – SPI).

Tyto SPI jsou počítány a zobrazovány v reálném čase pomocí velkých dat z distribuovaného řídicího systému (Distributed Control System – DCS). Takovéto informace pomáhají operátorům, technikům a vrcholnému managementu zůstat v souladu, aby zlepšili výkon výroby poskytováním alarmů výkonu, instruktážních zpráv a skóre rovnováhy výkonu. Použitím IT technologií, jako je cloud, mohou být začleněny poradenské služby k odhalení dalších zlepšení výkonnosti výroby prostřednictvím analýzy historických parametrů výkonnosti výroby.

To vyžaduje sloučení odborných znalostí v oblasti PT s průmyslovým internetem věcí (IIoT) a dalšími technologiemi IT spolu s osvědčenými postupy zpracovatelského průmyslu, aby se umožnila optimalizace výkonu výroby v průběhu životního cyklu procesního závodu.

Někteří pracovníci procesních závodů si při prvním seznámení s PDO mohou tuto koncepci plést s pokročilým řízením procesů (Advanced Process Control – APC) a optimalizací. Ve skutečnosti by měly závody implementovat všechny tyto tři technologie společně. APC se používá k řízení více regulačních smyček pro částečnou optimalizaci procesu, jako je zvýšení propustnosti nebo snížení ztrát z důvodu variability. Optimalizace se používá ke správě většího množství instancí APC pro celé procesy.

APC a optimalizace jsou velmi silné technologie, ale nemusejí fungovat, pokud není model aktualizován. Každou z nich navíc provozovatelé často vypínají z důvodu nedostatečného pochopení situace.

PDO řeší tyto problémy tím, že provozovatelům pomáhá pochopit účinnost APC a optimalizace prostřednictvím vizualizace příslušných SPI a kompromisů. To jim umožňuje činit rozhodnutí potřebná k udržování včasných aktualizací.

Správa SPI v celé organizaci

Řešení PDO využívají přesná data velkých dat závodu v reálném čase z DCS a integrují tato data s oborovými znalostmi za účelem vytvoření SPI. Tyto ukazatele SPI jsou synapticky napojeny z provozu závodu k managementu závodu, podobně jako lidské tělo používá synapse k propojení nervů.

Ukazatele SPI zahrnují pět cílů nejvyššího vedení a pokrývají čtyři úrovně organizace výrobního závodu (obrázek 1). Cíli nejvyššího vedení jsou výroba, zisk, spotřeba energie, spolehlivost a bezpečnost.

Vytvoření SPI také vyžaduje rozsáhlé oborové znalosti provozu procesního závodu. Například na základě použití stovek let kolektivních zkušeností a odborných znalostí vytvořil jeden poskytovatel systému řízení procesů více než 2 800 SPI pro provozy rafinérie a 800 SPI pro provozy zpracování etylenu. K tomu je zapotřebí vytvořit korelace mezi cíli vedení závodu na makroúrovni a SPI na mikroúrovni, aby byla vytvořena trvalá hodnota. Tyto SPI musejí být přizpůsobeny pro každou situaci, protože každý procesní závod je jiný.

Některé SPI běžně používané v mnoha různých typech závodů a rozčleněné podle cílů vedení:

Výroba

  • přísun materiálu a výroba produktů v souladu s plánem
  • využití kapacity
  • minimalizace produktů nevyhovující specifikaci nebo přepracování nepovedených produktů

Zisk

  • maximalizace výnosů produktu s vyšší hodnotou
  • minimalizace variability kvality
  • ztráty a spalování naprázdno

Energie

  • spotřeba energií (palivo, pára, elektřina)
  • energetická výkonnost (pec, tepelný výměník, destilační kolona, potrubí)
  • emise uhlíku

Spolehlivost

  • dostupnost závodu
  • dostupnost a účinnost zařízení
  • kritické provozní body každého zařízení

Bezpečnost

  • faktor bezpečnostního rizika kritických zařízení
  • porušení předpisů na ochranu životního prostředí nebo ztráta kontroly
  • četnost ušlého času a úrazů s poskytnutím první pomoci

Po vytvoření SPI je dalším krokem konfigurace přehledových panelů.

CTL1911 MAG2 F5 IT OT Yokogawa PDO Fig2

Konfigurace přehledového panelu SPI

Software PDO používá ukazatele SPI ke konfiguraci mnoha různých typů přehledových panelů SPI poskytujících údaje v reálném čase (obrázek 2). Domovský přehledový panel každé procesní jednotky poskytuje přehled o výkonu souvisejícím s pěti cíli vedení – výrobou, ziskem, spotřebou energie, spolehlivostí a bezpečností. Tento přehledový panel pomáhá uživatelům vizualizovat rovnováhu SPI mezi pěti cíli vedení tím, že ukazuje, jaké cíle jsou ve stavu alarmu nebo výstrahy a jaké kompromisy SPI mohou být vyžadovány k řešení každého problému.

Kliknutím na úroveň role se uživatel dostane na další přehledový panel, který odpovídá jeho úrovni odpovědnosti. Tyto přehledové panely pak mohou být použity ke zlepšení provozů, protože každý poskytuje indikaci aktuálního stavu, jakož i rady pro zlepšení.

Software PDO propojuje všechny tyto přehledové panely a koordinuje akce mezi všemi úrovněmi organizace závodu. Poskytováním alarmů výkonu, instruktážních zpráv a skóre rovnováhy výkonu pomáhá PDO vedoucím, řídícím, technickým a provozním pracovníkům zůstat v souladu s cílem zlepšovat výkonnost výroby.

Provozní a technický personál se opírá o data z PT, sleduje přehledové panely a podniká kroky. Management a vedoucí pracovníci často využívají IT k prohlížení přehledových panelů a poskytování doporučení. Integrace IT a PT je proto zásadní, protože umožňuje komunikovat informace v reálném čase na všech úrovních organizace.

Integrace IT a PT je také nezbytná pro umožnění konzultačních služeb poskytovaných externími odborníky mimo závod. Cloud, digitální dvojče a další IT služby umožňují celosvětovou komunikaci dat závodu. Odborníci tyto údaje analyzují a poskytují závodu doporučení, jak provést další vylepšení. Koncepce PDO se používá po celém světě, aby pomohla zpracovatelským závodům zlepšit provoz, jak je popsáno v textu na následující straně.

CTL1911 MAG2 F5 IT OT Yokogawa PDO Fig3

Další aplikace

Tato koncepce může být implementována s jakýmkoli typem řídicího systému, přičemž pro výměnu dat mezi řídicími a PDO systémy se využívá OPC. Díky tomu může být koncepce PDO použita v celé řadě závodů po celém světě.

Přístup PDO podporuje webové klienty a poskytuje přístup v reálném čase z jakéhokoli zařízení, na kterém běží webový prohlížeč. V příkladu závodu na zpracování plynu je použití omezeno na interní sítě závodu, nicméně připojením k internetu lze v budoucnu doplnit celosvětový přístup.

CTL1911 MAG2 F5 IT OT Yokogawa PDO Fig4

Levá polovina obrázku 4 ukazuje, jak lze systém PDO připojit ke cloudu, což umožňuje externí přístup vzdáleným odborníkům a přístup vzdáleným pracovníkům společnosti. Pro tyto typy implementací je v cloudu nainstalován server webového rozhraní HMI systému PDO a je připojený k datovému skladu hostovanému v cloudu. Kromě vzdáleného externího přístupu pro odborné poradenství umožňuje cloudová struktura společnosti spravovat více závodů současně a optimalizovat zisky v celé flotile lokalit na základě proměnných specifických pro danou lokalitu, jako jsou aktuální ceny energie a surovin.

Poslední funkcí, implementovanou v současné době v řadě instalací po celém světě, je volitelný nástroj pro analýzu dat využívající technologie strojového učení AI. To umožňuje závodům rychle třídit obrovské množství dat a odhalovat příležitosti ke zlepšení.

Od řízení procesů k řízení výkonu

Systémy PDO pomáhají konečným uživatelům přejít od řízení procesů k řízení výkonu pomocí správy SPI v reálném čase. Kromě maximalizace zisku v reálném čase může být také nasazen jako školicí nástroj pro provoz závodu a technický personál, protože jim ukazuje hlediska managementu pro zvyšování provozní ziskovosti. Systém PDO lze použít na jakýkoli procesní závod prostřednictvím koncepce zkoumání a spoluvytváření, přičemž implementace je provedena za několik měsíců.

Yasunori Kobayashi je vedoucí manažer a výkonný konzultant společnosti Yokogawa Electric Corp. Upravil Chris Vavra, redaktor časopisu Control Engineering, CFE Media, 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