„Бисквитки“ на уебсайта на SKF

Ние използваме „бисквитки“, за да се уверим, че ви предлагаме най-доброто възможно изживяване по време на работата с нашите уеб сайтове и уеб приложения. При продължаване без промяна на настройките на вашия браузър ние приемаме, че давате съгласието си да получавате „бисквитки“. Въпреки това, можете да промените настройките за „бисквитки“ на браузъра си по всяко време.

Инженеринг или информация за активите?

2015 Февруари 04, 09:00 CEST

Как технологията, разпоредбите и изискванията за ефективност преобразуват управлението на техническите знания

АВТОР: Valentijn de Leeuw, Вицепрезидент, ARC Advisory Group

Визията, която задейства преобразуването

През 2005, Thomas Tauchnitz от "Sanofi-Aventis", водеща фармацевтична компания, публикува в Немското издание на "Automation Technology in Practice", под заглавие "It’s time for an Integration of the Process Design, Engineering and Plant operation processes" - "Време е за интеграция на Дизайна на процес, Инженерството и Заводските работни процеси. Статията се състои от визия и стратегия за внедряване на концепта с използване на компютърен софтуер. Д-р Tauchnitz обяснява трите основни изисквания, които трябва да бъдат спазени: всяка информация се генерира и поддържа само на едно място, съществуващото знание се използва повторно, където е възможно, а софтуерните инструменти остават свързани, докато производственият завод работи.

Tauchnitz скицира работния процес от дизайна на процеса, използвайки софтуер за симулация на процес, прехвърлянето на производната информация за процес към подпомаган от компютър инженерен инструмент (CAE), общо за всички инженерни дисциплини, засегнати в основното и детайлното проектиране. Той обяснява как модулното инженерство - идея, позната от много години - трябва да бъде въведено: за дадена инженерна задача са изградени, поддържани и инстанциирани стандартизирани модули, съдържащи всички нейни функции. Като пример, модул на реактор би включвал измерване и управление на температура и налягане, клапани за пренос на материали, управление на ниво, оборудване за безопасност и автоматизация, задействане и т.н. Съответните списъци на оборудване, проектна документация, процедури за безопасност, изпитания и квалификационни процедури също ще бъдат част от шаблона. Вместо проектиране на всяко ново оборудване, смяна, модернизация или ремонтна дейност от първия щрих, инженерът ще трябва да се справя само с приспособяването и внедряването в по-голяма система и ще има повече време за оптимизация на дизайна и подобрение и поддръжка на модулите.

Конкурентно или съвместно инженерство?

Днес много интелигентни системи CAE осигуряват възможността за работа по едно и също оборудване на множество дисциплини по време на проектирането на завод, от собствената им перспектива и използвайки собственият им, типичен начин за поглед върху работата им: диаграми на технологичния процес (PFD) за инженери на процес, диаграми на тръбопроводите и контролно-измервателните уреди (P&ID) за инженери по автоматизацията, изометрия за тръбопроводи и др.

Когато няколко инженери работят по един и същ обект, този вид инструмент помага за поддържането на цялостта на инженерните данни. Например, ако инженер на процес смени максималната температура или дебита през тръба, тогава помпата, която трябва да подаде тази течност трябва да има спецификации, които могат да се справят с този максимум, а ако не могат, инструментът ще създаде аларми за спецификациите на помпата. По подобен начин, диаметърът на тръбата трябва да може да понесе дебита и т.н. Извън правилата за обработване, тези системи могат да се справят също и със създаването на работни потоци, включително състоянието на подчиняване, преразглеждане и валидация за промени.

Въпреки че за инженерните обществени поръчки и строителните компании (EPC) конкурентното инженерство може да е било общоприета практика от самото начало на употребата на инструментите CAE, в някои компании собственик-оператор (СО) нормата беше последователен инженеринг. Позволяването на множество дисциплини да работят по един и същ обект има икономически, организационни и обществени последици.

Социални и културни аспекти

При въвеждане на конкурентно инженерство или съвместно последователно инженерство с използване на единично инженерно хранилище за данни, хората трябва да се запознаят с новите процеси и технологии. Какво би могло да бъде по-предизвикателно от това, че от тях се иска да споделят информацията си, начините си на работа и обосноваването си за вземане на решения. Понякога те трябва да се научат да сътрудничат, което включва изслушване на мнението на другите, определяне на взаимно споразумени правила и отговорности за различните участници, преговаряне, съвместно решаване на проблеми и конструктивно разрешаване на противоречия. Това преобразуване може да създаде някои смущения, тъй като хората трябва да напуснат зоните си на комфорт. Това може да създаде противоречия и да доведе до провал, ако не е правилно ръководено. Ръководителите на инженери, които носят крайната отговорност за успешна промяна, трябва да разполагат с хора и да променят ръководните умения. Те могат да бъдат подпомагани от консултанти по промяна, но за подходящо осъществяване те ще трябва да придобият тези умения, за да ръководят сътрудниците си дълго след въвеждането на самата промяна. Това не е по желание, понеже не само работната атмосфера, а и производителността зависят от него.

Хората в дадена организация се държат според колективни вярвания и правила. В екипите те се наричат норми, в случая на организацията става въпрос за култура. Някои от тези правила и вярвания са безусловни, това е, те не са изрично постановени, въпреки че са работещи; някои могат да бъдат несъзнателни и много други могат да бъдат противоречиви на задължителните правила и принципи на компанията. Успешната промяна на културата изисква откриване на действителността и правенето й изрична, след това създаването на визия, която свързва бизнес целите и колективните нужди и постепенно въвежда и подкрепя нова култура. Наръчник или обучение могат да помогнат в това, но водачите трябва да се срещнат с хората, изслушвайки идеите и притесненията им, обяснявайки, действайки според техните отзиви, въвличайки ги в дизайна на работа и признавайки усилията им за осъществяване на промяната.

Организационно и икономическо въздействие

При все че интелигентните CAE могат да позволят конкурентното инженерство, не всички инженерни организации го използват. Преди няколко години ARC извърши неформално проучване сред подотраслите на обработващите промишлености, обхващащо от големи, непрекъснати нефтохимични продукти до фармацевтичното производство на няколко континента. Проучването показа, че около половината от потребителите на CAE са организирани за умерена или висока степен на конкурентно инженерство, не трети предпочитат да използват последователното инженерство. Целта на конкурентната работа на няколко инженерни дисциплини по един и същ обект е съкратяване на срока на проекта. Въпреки това обаче, потребителите са съгласни, че това увеличава грешките и повторенията, което, в крайна сметка, увеличава общите усилия. EPC може да нямат избор, когато са под голямо напрежение заради време, но за СO концептуалният инженерен дизайн не е критичен и те могат да си позволят да разполагат с по-дълги срокове на проект, за да спестят инженерни усилия. Икономическа оптимизация, която уравновесява разходите на проекта със стойност от по-ранна оперативна готовност, вероятно ще покаже оптимално ниво при средна степен на конкурентно инженерство. По време на същото проучване потребителите посочват, че може да бъде постигнато увеличение на инженерната производителност от 5 до 50 процента, свързано с спечеленото време и повишената точност на данните, в зависимост от степента на използваното конкурентно инженерство, въпреки това обаче това се постига с цената на значителни инвестиции в модулно инженерство и работен поток (вижте по-долу).

Конкурентното и съвместното инженерство могат да предизвикат малки детайлни настройки на работните потоци и определяне на отговорностите на индивидите, които също могат да излязат на повърхността като търкания на човешко равнище (вижте по-горе), но технически организацията няма да бъде засегната силно.

Модулно инженерство и Модулна технология на процес

Повторната употреба на информацията и знанията е начин за повишаване на инженерната производителност. Вторият "Принцип на Tauchnitz" за повторно използване на информацията, колкото се може повече (вижте страница 1), включва стандартизация на доказани модулни дизайни. Това са готови за употреба инженерна информация за единици от процес или секции, съставени от технологично оборудване, измервателни уреди, управление, тръбопроводи, помпи, механично разбъркване и др. Инженер избира такава единица или секция от процес, вместо да трябва повторно да проектира секциите и може да се съсредоточи върху производителността на процеса. Когато стандартните модули липсват, документацията трябва да описва решения за инженерната задача, която е била използвана. Касаещите модулното инженерство предизвикателства са значителната инвестиция при създаването на модули. За СО това е инвестиция, която може да се изплати с времето, но за EPC това може да бъде разточително, освен ако EPC могат да стандартизират един единствен инструмент и имат възможността да изнасят дизайни към инструментите CAE, установени от клиентите им.

Проектът F3 Factory, финансиран от около 25 компании и ЕС и включващ седем промишлени практически казуси, съществува от 2009 до 2013, с целта да преодолее пречките на едромащабното постоянно обработване (висока капиталова инвестиция и твърдост) и дребномащабната пакетна обработка (неефективност) и да съчетае съответните предимства, чрез въвеждане на ефективността в многоцелеви съоръжения за множество продукти; и гъвкавост в постоянните съоръжения от световен мащаб. Целите на изследването включват:

  • Осигуряване на по-компактни и по-евтини дизайни на процеси, които намаляват въздействието върху околната среда, за да подкрепят "интензификация на процеса"
  • Разработване на стандартизирано, модулно, "plug-and-play" химическо производствено оборудване, способно да се справя с множество химически процеси
  • Разработване на инженерни методологии за интензифицирани процеси
Проектът предостави много обещаващи резултати и бяха разработени няколко модулни процеса. Всички демонстрираха значителни печалби, както по отношение на разходите, така и на устойчивостта.

Идеята е, че за увеличаване на производствения капацитет производителят има нужда само да добави стандартизирани, малогабаритни единици; вместо да проектира по-голям завод. Това намалява инженерните разходи и време и намалява разходите за оборудване дори още повече, тъй като могат да бъдат произведени по-големи серии оборудване. Идеята изисква нов инженерен подход, който оптимизира процеса в рамките на ограниченията на избор от стандартни модули, вместо приспособено по мярка спрямо процеса оборудване.

Тенденцията е да бъдат произвеждани по-малки количества, с въвеждане на постепенни подобрения в продукта и процеса и гъвкаво отговаряне на търсенето на пазара. Това осигурява потенциала за използване на гъвкавостта на завод, проектиран за набор работни условия и следователно за проектиране на оборудване, което да пасне в очакван обхват, вместо в един оптимален. Използването на системи за адаптивна продуктова оптимизация и качествен контрол съвместно с най-новите ръководни принципи FDA cGMP ще бъде благоприятно в тези условия, тъй като те ще абсорбират измененията в процеса и променливостта в условията на процеса, когато някой или всички крайни продукти останат идентични.

Използването на модулен производствен концепт би могъл да отстрани цял набор инженерни и утвърждаващи задачи, тъй като скоростите за промяна на произвеждания продукт могат да бъдат управлявани чрез приспособяване на броя производствени линии, необходими за производството на нужните количества. Подобни проекти са били осъществявани в Масачузетския Технологичен Институт (MIT), в САЩ в сътрудничество с производители.

Промишлените инициативи на Интернет на нещата, като например Промишленост 4,0 или Промишления Интернет Консорциум накараха промишлеността, особено сектора на производство по партиди да помисли относно начина за въвеждане на повторно конфигурируеми производствени линии, които могат да отговорят на променящите се търсения и ограничения. Това изисква нови концепти и стандарти за внедряване на специално оборудване в близко до реалното време, включително неговата автоматизация и компоненти на софтуера за управление на работата. Обсъжданите по-горе подходи на модулното инженерство силно улесняват инженерството на технологията на модулния процес и очакваме използването на модулно инженерство да нарасне рязко в близък и средносрочен план. Ориентираните към партиди промишлености ще бъдат първите, които ще възприемат този подход и ние очакваме, че също така и големите компании за непрекъсната обработка ще започнат да мислят за рационализиране на техните инженерни, конструктивни и работни парадигми и да прилагат тези концепти.

Електронна квалификация и електронно съответствие

Във визията на д-р Tauchnitz има още. Анализът на свързаните с процеса и оборудването рискове за качеството на продукта трябва да бъдат отразени в изискванията за спецификации, изпитване и квалификационни планове. Този анализ може да бъде извършван систематично въз основа на информацията в инструмента CAE, а работният му поток може да бъде напълно автоматизиран в такава система. Резултатите от изпитания и квалификации могат да бъдат свързани към изискванията за оборудване чрез анализа на рисковете и по този начин достигането на процеса от спецификация до съответствие може да бъде изградено ефективно, като разширение на интелигентните системи CAE. Някои доставчици са пионери на този подход с визионерски компании днес, създавайки значителни ползи от ефективност и точност. ARC очаква, че тази функционалност скоро ще стане преобладаваща, тъй като натискът за съответствие върху всички промишлености нараства постоянно, а компаниите трябва да отговорят на този натиск чрез създаване на допълнителна ефективност.

Интегрирано инженерство

Интеграцията на Дизайна на процес, Инженерството и Работните процеси на завод и Третия принцип на Tauchnitz: "софтуерните инструменти остават свързани, докато производственият завод работи" влияе съществено както върху EPC, така върху СО.

По време на фазите на дизайн и изграждане нашите клиенти ни казаха, че обменът между EPC и СО става по-учестен и интензивен през изминалите години. СО искат да останат над избора, направен от EPC по време на траекторията на дизайна, прегледа на напредъка и съвместното управление и съвместното притежание на дейността. Все повече и повече този обмен използва общи, интелигентни инструменти CAE, които позволяват на страните да споделят, онагледяват и обсъждат дейностите по дизайна. Дори още по-значимо, така нареченото предаване от EPC към СО при възлагането на работата се случва все повече в електронен формат. Традиционната документация на хартиен носител беше обременителна и времеемка за откриване и изучаване и почти невъзможна за поддържане осъвременена. Днес все повече СО искат електронен, интелигентен пакет информационни данни за активи, отразяващи действителната ситуация, за да могат да я поддържат осъвременена по време на "жизнения цикъл" на завода. Това не само е ефективно от гледна точка на ресурсите, но също така е все повече задължително изискване, за да може да бъде изготвена осъвременена документация на активите и да бъде демонстрирано съответствие.

От точката, в която заводът стартира за първи път след изграждането или обновяването му, най-малко две отделни, допълнителни дейности използват информацията за активи. Инженерството използва информация за завода, за да планира промени или подобрения, като например отстраняване на ограничаващи фактори, интеграция на топлината, подобрения на качеството или други проекти. Едновременно с това, поддръжката използва данни за откриване и отстраняване на неизправности, ремонти, поръчване на резервни части и т.н. Ако информацията за активи не се поддържа по време на работа и поддръжка на завода, точността й постепенно се влошава във времето и когато инженерите трябва да започнат проект, те губят ценни месеци за откриване на действителното състояние на активите, вместо да работят върху инженерната задача. Следователно главната полза от използването на интелигентни инструменти CAE е използването им през целия експлоатационен срок на завода и интеграцията на инженерни, работни и поддържащи процеси с използването на единни, осъвременени информационни данни за активите. Поради това, инженерството и информацията за активите стават неразличими и действителната информация се преобразува в "информация според поддръжката".

Процесите и дизайнът на работата трябва да бъдат приспособени, за да бъде сигурно, че инженерните и заводските промени са "уловени" в CAE или Хранилището за информация за активи. Също така тук е нужна и културна промяна, по линия на това, което е описано по-горе за инженерни организации.

Въз основа на свидетелствата на клиенти вярваме, че потребителите могат да спечелят много човеко-месеци време за инженерство и поддръжка на завод. Свързаните с инцидентите със сигурността и аварийните ситуации ползи са по-трудни за количествено изразяване. При тежките произшествия се доказа, че наличността и качеството на информация за основаване на решение играят критична роля при вземането на правилните решения и намаляването на щетите, нараняванията и смъртните случаи. Само разходите от възможността за спиране на производството, свързани с информацията за активи лесно ще оправдаят усилието за въвеждане на интегрирано инженерство.

Оперативна съвместимост със системи за управление и други

Но това не е всичко. Д-р Tauchnitz отведе визията още по-далеч, чрез заявлението, че част от инструмента CAE трябва да бъде общ модел за DCS и PLC програмиране. През универсален интерфейс програмите могат да бъдат изнесени към различни марки автоматизация и да бъдат компилирани в рамките на оборудването, с цел повторна употреба на стандартизирани програмни модули в рамките на различни видове оборудване. Авторът също така разширява концепта си до конфигурация на производствени системи, като MES или за Управление на операциите.

Както за EPC, така и за СО, това създава големи икономии на време в инженерните системи за управление. За СО, по време на фазите работа-поддръжка на завода, ползата би била дори още по-значителна. Обикновено СО използват няколко марки системи за управление и биха могли да се възползват от уеднаквен инженерен подход за множество търговски марки. Тъй като системите за управление се обновяват и променят "в движение", изниква предизвикателството за поддържане на информацията за активи/инженерство точна. Потребителската организация NAMUR (www.namur.net) отговори на това предизвикателство чрез определяне на стандартен формат за обмен на данни между системите за управление на процес (PCS) и инструментите CAE (Препоръка NAMUR NE 150, публикувана през октомври 2014). Д-р Tauchnitz наскоро съобщи за набор демонстрации на въвеждането на този формат за обмен на данни за DCS таг между четири системи CAE (Aucotec, Bentley, ESP, Siemens) и три системи PCS (ABB, Siemens, Yokogawa). Това отваря широки възможности и ползи за потребителите, както и за продавачите на системи. Първоначалният тласък, използван за създаване на демонстрациите, трябва да бъде поддържан. Потребителите трябва да изискат пълното им въвеждане от дори още по-голям брой продавачи и използването им трябва да се отплати на потребителите, по отношение на инженерната ефективност за продавачи CAE, чрез уголемен пазарен дял и чрез продавачите PCS, поради по-благоприятни разходи през експлоатационния срок.

Оперативна съвместимост с MES или Управлението на производствените операции (MOM) все още е мечта за бъдещето, както е също и двупосочен обмен с процеса на симулация. Ако тези цели бъдат преследвани, ще може да бъде достигнато друго изобилие от ползи. Работата върху двупосочния интерфейс между инструментите CAE и PCS показва, че това, което беше разглеждано като невероятно, може да стане действителност много бързо, когато визия, умения за тълкуване и многостранно сътрудничество си съвпаднат. Същото е истина и за оперативната съвместимост между CAE и MOM или симулация на процес.

Стандартизация

Накрая, Thomas Tauchnitz развива визията за стандартизация и въвеждане в цялото предприятие, намаляване на броя системи и интерфейси, организация за централизирана поддръжка и подпомагане и насърчаване на управлението на знанието в цялата компания. Този аспект на визията все още не привлякъл голямо внимание, но от опита и практическите казуси на клиентите относно въвеждането на приложения MOM знаем, че този подход намалява общите разходи за собственост на приложение и следователно съкращава периодите на възвращаемост на инвестицията и увеличава нетната добавена стойност. Поради това силно препоръчваме да обърнете внимание на тази точка.

Заключения

Осъвременена, точна, лесна за достъп инженерна информация и информация за активите по време на целия експлоатационен цикъл на завода носи значителни ползи за инженерната ефективност за EPC и СО, която е оценена от потребителите на тези системи на между 5 и 50%, в зависимост от първоначалната им ефективност и степента на конкурентно инженерство. Потребителите бяха разпръснати из много различни процеси на промишлени подотрасли, простиращи се от нефтохимията до фармацевтиката.

Интелигентните системи CAE позволяват конкурентно и съвместно инженерство. Инженерната ефективност се постига поради точно, осъвременено хранилище за данни, до което всички инженери имат достъп във всеки един момент. Тези системи спомагат за поддържането на цялостта на инженерната информация.

Конкурентното инженерство намалява продължителността на проектите, но намалява и ползите от инженерната ефективност. Всяка компания или организация трябва да определи оптималното си съотношение на конкурентно спрямо последователно инженерство.

Информацията за активи "според вграденото" (или "според преправеното") може да бъде поддържана от системи CAE, които стават хранилище за информация за активи "според поддръжката", което, както инженерството, така и работата и поддръжката използват и обновяват, за вземане на оптимални решения. Тази така наречена "интегрирана инженерна" практика увеличава работната ефективност и безопасността. ARC смята, че компаниите ще спечелят до няколко човеко-месеци инженерно време на завод годишно.

Главните печалби от ефективността ще бъдат получени, когато потребителите стимулират продавачите на CAE и PCS да въведат наскоро публикувания стандарт NE 150 за двупосочен обмен на данни между два вида системи.

Стандартизацията на системи, методологии, модулно инженерство и процеси намалява общите разходи за собственост, повишава ефективността и намалява разходите за обучение.

Биография: Valentijn de Leeus, Вицепрезидент, ARC Advisory Group

Valentijn е независим експерт-оценител за Европейската Комисия на научноизследователски проекти в областта на информационните технологии и комуникациите, общественото устойчиво развитие и привлекателността за работника в производствените области. Valentijn има докторска степен на техническите науки от Техническия Университет на Delft (NL) в сътрудничество с Парижкото "Ecole Nationale Supérieure des Mines" и IFP, а също така има и Магистърска степен по химия от Държавния Университет на Utrecht, разположен в Холандия. Основана през 1986, ARC Advisory Group е водеща фирма за технологични проучвания и консултации за промишлеността и инфраструктурата.

SKF logo