Cookies på SKF's websted

Vi bruger cookies for at sikre, at vi kan give dig den bedst mulige oplevelse på vores websted og i vores webapplikationer. Hvis du fortsætter uden at ændre dine browserindstillinger, antager vi, at du accepterer at modtage cookies. Du kan dog til enhver tid ændre cookieindstillingerne i din browser.

Teknisk information eller information om aktiver

2015 februar 04, 09:00 CEST

Hvordan teknologi, regulering og effektivitetskrav forandrer håndteringen af teknisk viden

FORFATTER: Valentijn de Leeuw, Vice President, ARC Advisory Group

Visionen, der skabte forandring

I 2005 offentliggjorde Thomas Tauchnitz fra Sanofi-Aventis, der er et førende medicinalfirma, en artikel i en tysk udgave af magasinet Automation Technology in Practice med titlen "Tiden er inde til at integrere processer for procesdesign, teknik og anlægsdrift" (It's time for an Integration of the Process Design, Engineering and Plant operation processes). Artiklen indeholder en vision og strategi for implementering af dette koncept ved hjælp af computersoftware. Dr. Tauchnitz forklarer tre grundlæggende krav, der skal opfyldes: hver information genereres og vedligeholdes kun ét sted, eksisterende viden genbruges, hvor det er muligt, og softwareværktøjerne skal hele tiden være forbundet med hinanden via grænseflade, mens produktionsanlægget kører.

Tauchnitz skitserer arbejdsgangen fra procesdesign ved hjælp af software til processimulering og overførslen af den resulterende procesinformation til et computerstøttet ingeniørværktøj (Computer-Aided Engineering, CAE), som er fælles for alle tekniske discipliner inden for front-end og detaljeorienteret teknologi. Han forklarer, hvordan konceptet modulopbygget teknik, der har været kendt i mange år, skal implementeres: standardiserede moduler, der omfatter alle funktioner, bygges, vedligeholdes og instantieres til en bestemt teknisk opgave. Som et eksempel indeholder et reaktormodul temperatur- og trykmåling samt styring, ventiler til materialeoverførsel, niveaukontrol, sikkerhedsudstyr og automatisering, omrøring osv. De tilhørende udstyrslister, konstruktionsdokumentation, sikkerhedsprocedurer, test- og kvalifikationsprocedurer vil også være en del af skabelonen. I stedet for at konstruere nyt udstyr, udskiftninger, modernisering eller reparationsarbejde fra bunden kan ingeniøren nøjes med at skulle udføre tilpasning og integration i et større system og får dermed mere tid til at optimere konstruktionen og forbedre og vedligeholde modulerne.

Concurrent Engineering eller Collaborative Engineering?

I dag giver en række intelligente CAE-systemer mulighed for, at flere discipliner inden for anlægsarbejde kan udføres på det samme udstyr, ud fra de enkelte discipliners eget perspektiv og egen typiske måde at anskue arbejdet på: procesflowdiagrammer (PFD) til procesingeniører, rør- og instrumenteringsdiagrammer (P&ID) til ingeniører inden for automatisering, isometriske rørdiagrammer osv.

Når flere ingeniører arbejder på samme projektelement, er denne type værktøj med til at bevare integriteten af de tekniske data. Hvis en procesingeniør f.eks. ændrer maksimumtemperaturen eller gennemstrømningshastigheden i et rør, skal den pumpe, som skal flytte væsken, have specifikationer, der kan håndtere maksimumværdierne, og hvis den ikke kan det, vil værktøjet vise advarsler for pumpespecifikationen. På samme måde skal også rørdiameteren kunne håndtere gennemstrømningshastigheden osv. Ud over at kunne håndtere regler kan disse systemer også håndtere forfatterrelaterede arbejdsgange, herunder indsendelse, revidering og valideringsstatus for ændringer.

Concurrent Engineering har måske været standardpraksis for ingeniør- og byggevirksomheder, siden man begyndte at bruge CAE-værktøjer, men i visse ejer-operatør-virksomheder har Sequential Engineering været normen. At flere discipliner kan udføre arbejde på samme designelement har betydning for de økonomiske, organisatoriske og sociale forhold.

Sociale og kulturelle aspekter

Ved indføring af arbejdsmetoden Concurrent Engineering eller Collaborative Sequential Engineering, hvor man benytter ét enkelt datalager, skal brugerne vænne sig til nye processer og teknologi. Og måske er en endnu større udfordring, at de skal dele deres information, deres arbejdsmetoder samt deres beslutningsgrundlag. Sommetider skal de også lære at samarbejde, hvilket inkluderer at lytte til andres mening, fastlægge aftalte regler og ansvar for de forskellige bidragydere, forhandle, løse problemer i fællesskab og løse konflikter på en konstruktiv måde. Denne forandring kan skabe visse forstyrrelser, da den betyder, at folk skal forlade deres komfortzoner. Den kan skabe konflikter og kan mislykkes, hvis den ikke håndteres korrekt. De tekniske chefer, der i sidste ende er ansvarlige for en vellykket forandring, skal have erfaring med mennesker og forandringsledelse. De kan hente hjælp fra forandringskonsulenter, men for at opnå en bæredygtig implementering, skal de selv tilegne sig disse evner, så de også kan coache de samarbejdende parter lang tid efter, at forandringen er implementeret. Og de har ikke noget valg, fordi både arbejdsklimaet og produktiviteten afhænger af resultatet

Medarbejderne i en organisation agerer i overensstemmelse med kollektive anskuelser og regler. I teams kaldes disse for normer, og når det gælder hele organisationen, kaldes de kultur. Visse af disse regler og anskuelser er implicitte, dvs. de udtrykkes ikke eksplicit, selv om man agerer efter dem. Nogle af dem kan være ubevidste, og mange af dem kan være i konflikt med virksomhedens formelle regler og principper. At opnå en vellykket forandring af kulturen i en organisation kræver, at man afdækker virkeligheden og gør den eksplicit. Derefter kan man skabe en vision, der bygger bro mellem forretningens mål og de kollektive behov, og derefter gradvist implementere en ny kultur og vedligeholde den. En håndbog eller et kursus kan understøtte dette, men det kræver, at lederne mødes med deres medarbejdere, lytter til deres idéer og bekymringer, forklarer, reagerer på deres feedback, inddrager dem i arbejdets udformning og anerkender deres indsats for at gennemføre forandringen.

Indvirkning på organisation og økonomi

Selv om intelligente CAE-værktøjer gør det muligt at etablere en arbejdsproces baseret på Concurrent Engineering, er det ikke alle ingeniørvirksomheder, der anvender dem. ARC udførte for nogle få år siden en uformel undersøgelse blandt nogle af procesindustriens undersektorer, fra store petrokemiske virksomheder med kontinuert produktion til lægemiddelproduktion på flere kontinenter. Undersøgelsen viste, at ca. halvdelen af de virksomheder, der anvender CAE-værktøjer, er organiseret ud fra brugen af Concurrent Engineering i rimelig eller høj grad, men at en tredjedel foretrækker at bruge Sequential Engineering. Formålet med at lade flere tekniske discipliner arbejde samtidig på det samme designelement er at afkorte projekttiden. Brugere er dog enige om, at dette øger forekomsten af fejl og gentagelser, som i sidste ende øger den samlede indsats. Ingeniør- og byggevirksomheder har måske ikke noget valg, når de arbejder under stort tidspres, men for ejer-operatør-virksomheder indgår det konceptuelle konstruktionsdesign ikke i den kritiske vej, og de har råd til en længere projektvarighed for at spare på de tekniske ressourcer. En økonomisk optimering, der balancerer projektomkostninger med værdien fra tidligere driftsmæssig parathed, vil sandsynligvis give et optimalt resultat ved brug af Concurrent Engineering i mellemhøj grad. Brugere indikerede i den samme undersøgelse, at en øget teknisk produktivitet fra 5 til 50 % kan opnås i forhold til tidsbesparelser og forbedret datanøjagtighed afhængigt af, i hvilken grad Concurrent Engineering anvendes, dog er dette kun muligt gennem en betydelig investering i modulopbygget teknik og modellering af arbejdsflow (se nedenfor).

Brugen af Concurrent Engineering og Collaborative Engineering kan give anledning til mindre justeringer af arbejdsgange og fastlæggelse af enkeltpersoners ansvar, hvilket også kan skabe gnidninger på det menneskelige plan (se ovenfor), men teknisk vil organisationen ikke blive påvirket på nogen indgribende måde.

Modulopbygget teknik og modulopbygget procesteknologi

Ved at genbruge information og viden kan man forbedre den tekniske effektivitet. Det andet "Tauchnitz-princip" – at genbruge viden så meget som muligt (se side 1) – indbefatter standardisering af gennemprøvede modulopbyggede design. Disse er klar til at bruge teknisk information til procesenheder eller -sektioner, der består af procesudstyr, instrumenter, styring, rør, pumper, mekanisk omrøring osv. En ingeniør vælger en sådan enhed eller processektion i stedet for, at han skal til at ombygge sektionen, og kan koncentrere sig om processens ydeevne. Når der mangler standardmoduler, skal dokumentation beskrive løsninger for den tekniske løsning, der er brugt. Udfordringer i forbindelse med modulopbygget teknik er, at der kræves betydelige investeringer for at skabe modulerne. For ejer-operatør-virksomheder er dette en investering, der kan betale sig over tid, men for ingeniør- og byggevirksomheder kan det være uøkonomisk, medmindre virksomheden kan standardisere brugen af et enkelt værktøj og har kapacitet til at eksportere design til de CAE-værktøjer, som deres klienter foreskriver.

F3 Factory-projektet, som blev finansieret af ca. 25 virksomheder og EU, og som omfattede syv industrielle casestudies, løb fra 2009 til 2013 og havde som mål at overvinde ulemperne ved kontinuert produktion i stor skala (stor kapitalinvestering og usmidighed) og batchfremstilling i lille skala (ineffektivitet) og kombinere de respektive fordele ved at indføre effektivitet i anlæg, der fremstiller flere produkter til flere formål, samt fleksibilitet i anlæg med kontinuert produktion. Projektets mål omfattede:

  • Tilvejebringelse af mere kompakte og billigere procesdesign, der reducerer indvirkningen på miljøet og understøtter "procesintensivering"
  • Udvikling af standardiseret, modulopbygget plug-and-play-udstyr til kemisk produktion, som kan håndtere mange kemiske processer
  • Udvikling af tekniske metoder til mere intensive processer
Projektet har leveret mange lovende resultater, og adskillige modulopbyggede processer er blevet udviklet. Alle har demonstreret betydelige gevinster, både hvad angår omkostninger og bæredygtighed.

Idéen er, at en producent, der gerne vil opgradere produktionskapaciteten, kun behøver at tilføje små, standardiserede enheder i stedet for at skulle konstruere et større anlæg. Dette reducerer konstruktionsomkostninger og tidsforbrug og reducerer omkostningerne til udstyr yderligere, fordi det er muligt bygge større serier af udstyr. Konceptet kræver en ny teknisk tilgang, der optimerer processen inden for rammerne af et udvalg af standardmoduler, i stedet for at skræddersy udstyr til processen.

Tendensen er at producere mindre mængder, samtidig med at man indfører gradvise forbedringer i produkt og proces og reagerer fleksibelt på markedets efterspørgsel. Dette giver mulighed for at udnytte fleksibiliteten ved et anlæg, der er konstrueret til forskellige driftsbetingelser, og dermed også mulighed for at designe udstyr, der passer til et forventet sortiment i stedet blot én enkelt løsning. Brugen af adaptiv produktionsoptimering og kvalitetsstyringssystemer i overensstemmelse med de seneste CGMP-retningslinjer fra FDA vil være en fordel under disse forhold, fordi de vil sikre tilpasning til procesændringer og variabilitet i forarbejdningsbetingelser, når nogle eller alle slutprodukter er identiske.

Brugen af det modulopbyggede produktionskoncept vil fjerne en række tekniske og kontrolrelaterede opgaver, da varierende produktionstal kan håndteres ved at tilpasse antallet af produktionslinjer, der er nødvendige for at fremstille de ønskede mængder. Lignende projekter er blevet udført på Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA i samarbejde med producenter.

Industrial Internet of Things-initiativer som f.eks. Industrie 4.0, eller Industrial Internet Consortium har betydet, at industrien, især den sektor, der anvender batchproduktion, overvejer, hvordan man kan implementere produktionslinjer, som kan omkonfigureres og omstilles til varierende efterspørgsel og begrænsninger. Dette kræver nye koncepter og standarder for ad hoc-integrering af udstyr og tæt på realtid, herunder deres softwarekomponenter til automatiserings- og driftsstyring. De ovenfor diskuterede tilgange til modulopbygget teknik gør det betydeligt nemmere at konstruere modulopbygget procesteknologi, og vi forventer, at brugen af modulopbygget teknik vil opleve en stor stigning i den nærmeste fremtid og på længere sigt. De batchorienterede industrier vil være de første, der tager fremgangsmåden i brug, og vi forventer, at også de store virksomheder med kontinuert produktion vil begynde at overveje at rationalisere deres tekniske, konstruktions- og driftsmæssige paradigmer og anvende disse koncepter.

e-Qualification og e-Compliance

Og der er mere i Dr. Tauchnitz' vision. Analysen af risici knyttet til processen og udstyret i relation til produktkvaliteten skal afspejles i kravspecifikation, tests og kvalifikationsplaner. Analysen kan udføres systematisk baseret på information i CAE-værktøjet, og arbejdsgangen kan i denne type system automatiseres 100 %. Test- og kvalifikationsresultater kan knyttes til udstyrskrav via risikoanalysen, hvilket betyder, at processen fra specifikation til regeloverholdelse kan udføres fuldstændig papirløst og kan bygges effektivt som en udvidelse til intelligente CAE-systemer. Visse leverandører bruger som de første denne tilgang i visionære virksomheder og skaber betydelige fordele takket være effektivitet og nøjagtighed. ARC forventer, at denne funktionalitet snart vil blive mainstream, da presset for at sikre regeloverholdelse er konstant stigende for alle virksomheder, og da virksomhederne bliver nødt til at reagere på dette pres ved at skabe yderligere effektivitet.

Integreret teknik

Integreringen af processerne for procesdesign, teknik og anlægsdrift og det tredje Tauchnitz-princip: "softwareværktøjerne er konstant forbundet med hinanden via grænseflade, mens produktionsanlægget kører" har også stor betydning, både for ingeniør- og byggevirksomheder og for ejer-operatør-virksomheder.

Under design- og byggefaserne fortæller vores kunder os, at udveksling mellem ingeniør- og byggevirksomheder og ejer-operatør-virksomheder er blevet hyppigere og mere intens de seneste år. Ejer-operatør-virksomheder vil gerne være med helt fremme i de valg, der træffes af ingeniør- og byggevirksomheden under designfasen, valideringsprocessen og være med til at lede og eje arbejdet. Oftere og oftere ser man, at disse udvekslinger sker ved hjælp af fælles intelligente CAE-værktøjer, der gør det muligt for parterne at dele, visualisere og diskutere designarbejde. Og endnu vigtigere sker den såkaldte overdragelse fra ingeniør- og byggevirksomhed til ejer-operatør ved idriftsættelse mere og mere i elektroniske formater. Den traditionelle papirdokumentation var besværlig og tidskrævende at registrere og håndtere og nærmest umulig at holde opdateret. I dag ønsker flere og flere ejer-operatør-virksomheder et elektronisk, intelligent datasæt med information om aktiver, som afspejler den aktuelle situation på tidspunktet for etableringen af anlægget, så det er muligt at holde informationerne opdateret under hele anlæggets levetid. Dette er ikke kun effektivt set fra et ressourcemæssigt synspunkt; det er også i stigende grad et myndighedskrav, at man kan fremvise opdateret dokumentation for sine aktiver og vise, at man overholder reglerne.

Fra det tidspunkt, hvor anlægget startes op første gang, efter at det er bygget eller moderniseret, vil mindst to markante aktiviteter, der supplerer hinanden, benytte information om aktiver. Den tekniske afdeling bruger anlægsinformation til at planlægge ændringer eller forbedringer som f.eks. fjerne flaskehalse, foretage varmeintegration, kvalitetsforbedringer eller andre projekter. Samtidig bruger vedligeholdsafdelingen data til fejlfinding, reparation, bestilling af reservedele osv. Hvis informationen om aktiver ikke vedligeholdes under driften og vedligeholdelsen af anlægget, vil dens nøjagtighed gradvist falde over tid, og når den tekniske afdeling skal starte et projekt, vil de miste månedsvis af værdifuld tid på at finde ud af, hvad et aktivs faktiske tilstand er, i stedet for at kunne bruge tiden på at arbejde på den tekniske opgave. En stor fordel ved at bruge intelligente CAE-værktøjer er derfor, at de kan anvendes gennem hele anlæggets levetid, og at det er muligt at integrere tekniske, drifts- og vedligeholdsrelaterede processer ved hjælp af ét enkelt opdateret datasæt til information om aktiver. Dermed sammensmeltes teknisk information og information om aktiver, og information som ellers kun gjaldt på tidspunktet for etableringen af anlægget, ændres til opdateret information.

Processer og arbejdsdesign skal tilpasses for at sikre, at tekniske ændringer og anlægsændringer registreres i CAE-værktøjet eller det lager, hvor information om aktiver gemmes. Også her er en ændring af kulturen nødvendig i tråd med de ændringer, der er beskrevet ovenfor i forbindelse med ingeniørvirksomheder.

Ud fra kundeudsagn er vi overbeviste om, at brugere kan vinde mange mandemåneders tid til teknisk arbejde og vedligehold pr. anlæg. Fordelene forbundet med sikkerhedsspørgsmål og nødsituationer er vanskeligere at sætte tal på. Ved omfattende uheld har tilgængeligheden og kvaliteten af information, der kan bruges som grundlag for at træffe beslutninger, vist sig at spille en afgørende rolle for at træffe de rigtige beslutninger og reducere materiel skade, personskader og dødsulykker. Alene alternativomkostningerne ved produktionsstop relateret til information om aktiver vil nemt kunne retfærdiggøre indsatsen for at implementere integreret teknik.

Interoperabilitet med styringssystemer og andre systemer

Men det er ikke alt.  Dr. Tauchnitz tager sin vision et skridt videre ved at fastslå, at en generisk model for DCS- og PLC-programmering bør være en del af CAE-værktøjet. Via en universel grænseflade kan programmerne eksporteres til forskellige automatiseringsbrands og kompileres inden i udstyret med det formål at genbruge standardiserede programmeringsmoduler i forskellige typer udstyr. Forfatteren udvider også sit koncept til at omfatte konfigurering af produktionssystemer som f.eks. MES-systemer (Manufacturing Execution Systems) eller MOM-systemer (Manufacturing Operations Management)

Både for ingeniør- og byggevirksomheder og ejer-operatør-virksomheder skaber dette enorme tidsbesparelser på udvikling af styresystemer. Under anlæggets drift-vedligeholdsfaser vil fordelen for ejer-operatør-virksomhederne være endnu vigtigere. Ejer-operatør-virksomheder bruger flere forskellige mærker inden for styresystemer og kan drage fordel af en ensartet teknisk løsning rettet mod flere mærker. Da styresystemer opdateres og ændres i marken, opstår der en udfordring i at sikre, at den tekniske information/informationen om aktiver er nøjagtig. Brugerorganisationen NAMUR (www.namur.net) har taget denne udfordring op ved at fastlægge et standarddataformat, der kan udveksles mellem processtyringssystemer (PCS) og CAE-værktøjer (NAMUR anbefaling NE 150, udgivet i oktober 2014). Dr. Tauchnitz rapporterede for nylig, at dette dataformat var implementeret som demonstrationssæt til en DCS-kode, mellem fire CAE-systemer (Aucotec, Bentley, ESP, Siemens) og tre PCS-systemer (ABB, Siemens, Yokogawa). Dette åbner op for en række muligheder og fordele både for brugere og systemleverandører. Det oprindelige momentum, der blev brugt til at udvikle demonstrationssættet, skal fastholdes. Brugere skal kunne efterspørge fuld implementering af løsningen hos endnu flere leverandører, og anvendelsen af løsningen skal kunne betale sig for brugerne i form af teknisk effektivitet, for leverandører af CAE-værktøjer i form af øget markedsstørrelse og for PCS-leverandører i form af mere favorable levetidsomkostninger.

Interoperabilitet med MES- eller MOM-systemer er stadig en drøm, der hører fremtiden til, og det gælder også tovejsudveksling med processimulering. Hvis der arbejdes videre med disse emner, vil en helt ny verden af fordele være inden for rækkevidde. Arbejdet med tovejsgrænsefladen mellem CAE-værktøjer og PCS-systemer viser, at det, man anså for usandsynligt, meget hurtigt kan blive til virkelighed, når visioner, evnen til samarbejde og deltagelse af flere aktører spiller sammen. Det samme gælder interoperabilitet mellem CAE og MOM eller processimulering.

Standardisering

Endelig udfolder Thomas Tauchnitz en vision for hele virksomheden, der omhandler standardisering og implementering, nedbringelse af antallet af systemer og grænseflader, organisering af centraliseret vedligehold og support og fremme af vidensstyring i hele virksomheden. Visionens aspekter har ikke fået speciel stor opmærksomhed, men ud fra erfaring og klientbaserede casestudies om implementering af MOM-systemer ved vi, at denne tilgang reducerer den samlede udgift ved ejerskabet af en applikation og dermed forkorter investeringens tilbagebetalingsperiode og øger nettomerværdien. Vi anbefaler derfor på det kraftigste, at man er opmærksom på denne pointe.

Konklusioner

Tidsvarende, nøjagtig og lettilgængelig teknisk information og information om aktiver under hele anlæggets levetid er ensbetydende med væsentlige fordele i relation til teknisk effektivitet for ingeniør- og byggevirksomheder og ejer-operatør-virksomheder, som brugerne af disse systemer estimerer til at ligge på mellem 5 og 50 %, afhængigt af den oprindelige effektivitet og graden af Concurrent Engineering. Brugerne er fordelt over en række forskellige undersektorer i procesindustrien fra petrokemiske virksomheder til lægemiddelproducenter.

Intelligente CAE-systemer gør det muligt at anvende Concurrent Engineering og Collaborative Engineering. Tekniske opgaver bliver mere effektive på grund af et nøjagtigt, opdateret datalager, som alle ingeniører har adgang til på et hvilket som helst tidspunkt. Disse systemer er med til at bevare integriteten af de tekniske data.

Concurrent Engineering forkorter et projekts varighed, men reducerer gevinsten ved større effektivitet i de tekniske opgaver. Den enkelte virksomhed eller organisation bør fastlægge det optimale forhold mellem Concurrent Engineering versus Sequential Engineering.

Information om aktiver på implementeringstidspunktet (eller moderniseringstidspunktet) kan vedligeholdes i intelligente CAE-systemer, der bliver et lager for opdateret information om aktiverne, som både teknisk personale, driftspersonale og vedligeholdspersonale anvender og opdaterer og bruger til træffe optimale beslutninger. Denne såkaldte praksis for "integreret teknik" forbedrer driftseffektiviteten og -sikkerheden. ARC vurderer, at virksomheder vil vinde op til flere mandemåneders teknisk arbejde pr. anlæg pr. år.

Store effektivitetsfordele kan opnås, når brugere stimulerer leverandører af CAE- og PCS-systemer til at implementere den nyligt offentliggjorte standard NE 150 for tovejsudveksling af data mellem to systemtyper.

Standardisering af systemer, metoder, modulopbyggede tekniske løsninger og processer reducerer den totale omkostning ved ejerskab, øger produktiviteten og reducere udgifterne til uddannelse.

Biografi: Valentijn de Leeus, Vice President, ARC Advisory Group

Valentijn er en uafhængig ekspert, der vurderer forskningsprojekter for EU-kommissionen inden for informationsteknologi og kommunikation, social bæredygtighed og tiltrækningskraft for arbejdstagere inden for området fremstillingssystemer. Valentijn har en ph.d.-grad i teknisk videnskab fra det tekniske universitet i Delft, Holland, i samarbejde med Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris og IFP, og har også en kandidatgrad i kemi fra universitet i Utrecht, ligeledes i Holland. ARC Advisory Group er grundlagt i 1986 og er det førende teknologiske forsknings- og rådgivningsfirma for industri og infrastruktur.

SKF logo