Module cookie pe site-ul web SKF

Folosim module cookie pentru a ne asigura că vă oferim cea mai bună experiență pe site-urile și aplicațiile noastre web. Continuând fără schimbarea setărilor browser-ului, presupunem că vă oferiți acordul de a primi module cookie. Totuși, puteți să modificați setările modulelor cookie ale browser-ului în orice moment.

Tehnologie sau informații despre echipamente?

2015 februarie 04, 09:00 CEST

Modul în care cerințele cu privire la tehnologie, reglementare și randament transformă managementul cunoștințelor tehnice

AUTOR: Valentijn de Leeuw, Vicepreședinte, ARC Advisory Group

Viziunea care a declanșat transformarea

În 2005, Thomas Tauchnitz de la Sanofi-Aventis, o companie farmaceutică importantă, a publicat într-o ediție germană a Automation Technology in Practice un articol cu titlul „Este momentul unei integrări a proiectării proceselor, tehnologiei și a proceselor operaționale ale fabricii”. Articolul prezintă o viziune și strategie pentru implementarea conceptului folosind un software de calculator. Dr. Tauchnitz explică trei cerințe de bază care trebuie respectate: fiecare informație este generată și menținută numai într-un singur loc, cunoștințele existente sunt refolosite acolo unde este posibil, iar instrumentele de software rămân conectate prin interfețe în timp ce fabrica de producție este operațională.

Tauchnitz descrie fluxul de lucru de la proiectarea procesului folosind software-ul de simulare a procesului, transferul informațiilor rezultate despre proces la un instrument tehnologic asistat de calculator (CAE), comun tuturor disciplinelor tehnice implicate în proiectarea de bază și proiectarea detaliată. Acesta explică modul în care ingineria modulară - concept cunoscut de mulți ani - ar trebui implementată: module standardizate care să includă toate funcțiile sale sunt construite, menținute și adaptate pentru o anumită sarcină inginerească. De exemplu, un modul de reactor ar conține măsurarea și controlul temperaturii și presiunii, supape pentru transferul materialelor, controlul nivelului, echipament de siguranță și automatizare, amestecare etc. Listele de echipamente corespunzătoare, documentația proiectării, procedurile cu privire la siguranță, procedurile de testare și calificare ar fi, de asemenea, parte a șablonului. În locul acțiunii de proiectare a fiecărui echipament nou, înlocuirii, modernizării sau reparării pornind de la zero, inginerul ar trebui să se ocupe numai cu adaptarea și integrarea într-un sistem mai mare și ar avea mai mult timp pentru optimizarea proiectării și îmbunătățirea și mentenanța modulelor.

Inginerie concurentă sau inginerie colaborativă?

În prezent, mai multe sisteme CAE inteligente oferă pentru mai multe discipline posibilitatea pe parcursul tehnologizării fabricii de a lucra pe același echipament, din propria lor perspectivă și folosind propriul lor mod tipic de considerare a muncii lor: diagrame de flux al procesului (PFD) pentru inginerii de proces, diagrame de conducte și instrumentație (P&ID) pentru inginerii de automatizare, scheme izometrice de conducte etc.

Când mai mulți ingineri lucrează cu același echipament, acest tip de instrument ajută la menținerea integrității datelor tehnice. De exemplu, dacă un inginer de proces schimbă temperatura maximă sau rata fluxului într-o conductă, atunci pompa care trebuie să transfere acest fluid trebuie să aibă specificații care pot suporta această maximă, iar în cazul în care nu reușește, instrumentul va crea semnale de alertă pentru specificația pompei. În mod similar, diametrul conductei trebuie să fie capabil să suporte rata fluxului și așa mai departe. În spatele regulilor de manipulare, aceste sisteme pot și să gestioneze crearea fluxurilor de lucru, inclusiv a stărilor de trimitere, revizuire și validare a schimbărilor.

În timp ce pentru companiile de proiectare, achiziții și construcții (EPC’s), ingineria concurentă putea fi o practică standard de la începutul utilizării instrumentelor CAE, în unele companii care dețin sau operează (owner-operator) norma era ingineria secvențială. Posibilitatea ca mai multe discipline să colaboreze folosind același instrument de proiectare are implicații economice, organizaționale și sociale.

Aspecte sociale și culturale

La introducerea ingineriei concurente, sau a ingineriei secvențiale colaborative folosindu-se un singur registru de date tehnice, oamenii trebuie să se familiarizeze cu noile procese și tehnologii. Ce ar putea fi și mai dificil ar fi faptul că aceștia trebuie să își împărtășească informațiile, modurile lor de lucru și raționamentele lor pentru luarea deciziilor. Uneori, aceștia trebuie să învețe să colaboreze, ceea ce include ascultarea opiniilor altora, definirea convenită pe baza regulilor și responsabilităților pentru diverși colaboratori, negocierea, rezolvarea colaborativă a problemelor și rezolvarea în mod constructiv a conflictelor. Această transformare poate crea unele dificultăți, deoarece oamenii trebuie să își părăsească zonele lor de confort. Această situație poate crea conflicte și eșec dacă nu este gestionată în mod adecvat. Directorii tehnici, care sunt în cele din urmă responsabili pentru o schimbare de succes, trebuie să aibă abilități umane și de gestionare a schimbărilor. Aceștia pot fi asistați de consilieri de schimbare, dar pentru o implementare durabilă, vor trebui să dobândească aceste abilități pentru a-și îndruma colaboratorii mult timp după ce schimbarea a fost implementată. Acest aspect nu este opțional, deoarece nu numai mediul de lucru, ci și productivitatea depind de aceasta.

Oamenii dintr-o organizație se comportă conform convingerilor și regulilor colective. În cadrul echipelor, acestea sunt denumite norme, iar pentru organizații sunt denumite cultură. Unele dintre aceste reguli și convingeri sunt implicite, ceea ce înseamnă că nu sunt formulate în mod explicit deși sunt operaționale; unele pot fi inconștiente, iar mai multe pot fi în conflict cu regulile și principiile formale ale companiei. Schimbarea cu succes a culturii necesită înțelegerea realității și prezentarea acesteia în mod explicit, apoi crearea unei viziuni care să unească obiectivele de afaceri și necesitățile colective și implementarea graduală a noii culturi și susținerea acesteia. Un manual sau un instructaj pot ajuta în acest sens, dar este necesar ca liderii să se întâlnească cu oamenii, să le asculte ideile și îngrijorările, să explice, să acționeze la opiniile lor, să îi implice în proiectarea lucrărilor și să le recunoască eforturile depuse pentru realizarea schimbării.

Impactul economic și organizațional

Deși instrumentele inteligente CAE pot permite ingineria concurentă, nu toate organizațiile inginerești le folosesc. În urmă cu câțiva ani, ARC a efectuat un studiu informal în subsectoarele industriilor de proces, variind de la companii petrochimice mari, cu activitate continuă, la producători din industria farmaceutică de pe mai multe continente. Sondajul a indicat faptul că aproximativ jumătate dintre utilizatorii de instrumente CAE sunt organizați la un grad mediu sau ridicat de inginerie concurentă, dar o treime preferă să folosească ingineria secvențială. Scopul mai multor discipline tehnice care să lucreze în mod concurent folosind același instrument de proiectare este de a scurta perioada proiectului. Totuși, utilizatorii sunt de acord că aceasta crește posibilitatea apariției erorilor și iterațiilor ceea ce, în cele din urmă, crește efortul total. Când se află în criză mare de timp, companiile tip EPC’s este posibil să nu aibă de ales, dar pentru companiile tip OO’s proiectarea ingineriei conceptuale nu are un aspect critic și își pot permite să aloce o perioadă mai lungă de timp pentru a reduce efortul ingineresc. O optimizare economică ce echilibrează costul proiectului cu valoarea de la pregătirea operațională anterioară ar arăta probabil un optim la un oarecare grad intermediar de inginerie concurentă. În cadrul aceluiași sondaj, utilizatorii au indicat faptul că se poate obține o îmbunătățire a productivității inginerești cu 5 până la 50 de procente, corelată timpului câștigat și acurateții îmbunătățite a datelor, în funcție de gradul de inginerie concurentă folosită. Totuși, aceasta presupune costul unei investiții importante în inginerie modulară și modelarea fluxurilor de lucru (vedeți mai jos).

Ingineria concurentă și ingineria colaborativă pot cauza mici ajustări de detalii ale fluxurilor de lucru și definirea responsabilităților persoanelor care pot, de asemenea, să apară ca fricțiuni la nivel uman (vedeți mai sus), dar, din punct de vedere tehnic, organizația nu ar fi afectată într-o manieră importantă.

Ingineria modulară și tehnologia proceselor modulare

Reutilizarea informațiilor și cunoștințelor este o modalitate de îmbunătățire a randamentului tehnologic. Al doilea „principiu Tauchnitz” de reutilizare a cunoștințelor cât de mult posibil (vedeți pagina 1) implică standardizarea pe baza proiectărilor modulare dovedite. Acestea sunt pregătite să folosească informații tehnice pentru unitățile sau secțiunile de proces, compuse din echipament de proces, instrumente, control, conducte, pompe, agitare mecanică etc. Un inginer alege mai degrabă o astfel de unitate sau secțiune de proces decât să trebuiască să retehnologizeze secțiunile, putând să se concentreze asupra performanței procesului. Când modulele standard lipsesc, documentația trebuie să descrie soluțiile care au fost folosite pentru sarcinile inginerești. Provocările asociate ingineriei modulare sunt reprezentate de investiția considerabilă în crearea de module. Pentru companiile tip OO’s, aceasta este o investiție care poate fi profitabilă pe termen lung, dar pentru companiile EPC’s poate fi nerentabilă dacă EPC nu poate standardiza pe un singur instrument și nu are capacitatea de a exporta proiectele către instrumentele CAE prescrise de clienții lor.

Proiectul F3 Factory, finanțat de 25 de companii și UE și care include studii de caz din mai multe industrii, s-a derulat între anii 2009-2013, având obiectivul de a depăși dezavantajele prelucrării continue la scară largă (rigiditate și investiții de capital mari) și ale procesării loturilor la scară mică (ineficiență) și de a combina avantajele respective prin introducerea randamentului în fabricile multi-produs, multi-scop, respectiv a flexibilității în fabricile cu producție continuă, de talie mondială. Obiectivele cercetării au inclus:

  • Furnizarea de proiecte mai compacte și mai puțin costisitoare care reduc impactul de mediu pentru a susține „intensificarea proceselor”
  • Dezvoltarea de echipament de producție chimică plug-and-play (conectare şi utilizare), modular, standardizat, capabil să gestioneze multe procese chimice
  • Dezvoltarea de metodologii inginerești pentru procese intensificate
Proiectul a furnizat multe rezultate promițătoare și au fost dezvoltate mai multe procese modulare. Toate au demonstrat beneficii importante atât în ceea ce privește costul, cât și sustenabilitatea.

Ideea este că, pentru a crește capacitatea de producție, un producător trebuie doar să adauge unități standardizate, de mici dimensiuni în loc să construiască o fabrică mai mare. Aceasta reduce timpul și costurile tehnologice și reduce costurile cu echipamentele și mai mult deoarece pot fi construite serii mai mari de echipamente. Conceptul necesită o nouă abordare tehnologică ce optimizează procesul în cadrul constrângerilor unei alegeri a modulelor standard în loc să adapteze echipamentul la proces.

Tendința este de a produce cantități mai mici, introducând îmbunătățiri graduale pentru produs și proces și răspunzând în mod flexibil la cererea pieței. Aceasta oferă potențialul de a exploata flexibilitatea unei fabrici proiectată pentru o gamă de condiții de operare și, astfel, pentru proiectarea echipamentului care să se potrivească unei game previzibile, în loc de un singur optim. Utilizarea optimizării adaptive a producției și a sistemelor de management de calitate în conformitate cu ultimele reguli FDA cGMP vor fi favorabile în aceste condiții deoarece acestea vor absorbi modificările proceselor și variabilitatea în condițiile de procesare atunci când o parte sau tot produsul final rămâne identic.

Utilizarea conceptului de producție modulară ar elimina o gamă de sarcini inginerești și de validare deoarece ratele de producție fluctuante pot fi gestionate prin adaptarea numărului de linii de producție necesare pentru a produce cantitățile necesare. Proiecte similare au fost realizate în SUA la Massachusetts Institute of Technology (MIT) în colaborare cu producători.

Inițiativele industriale Internetul Tuturor Lucrurilor, cum ar fi Industria 4.0, sau Consorțiul Internetului Industrial au determinat industria, în particular sectorul producător de loturi, să se gândească la modul de implementare a liniilor de producție reconfigurabile care pot să răspundă la cereri și constrângeri fluctuante. Aceasta necesită concepte și standarde noi pentru integrarea de echipament ad-hoc și aproape în timp real, inclusiv automatizarea acestora și componente de software pentru managementul operațiunilor. Abordările ingineriei modulare discutate mai sus facilitează în mare măsură ingineria tehnologiei proceselor modulare, iar noi estimăm că utilizarea ingineriei modulare va crește brusc în viitorul apropiat și pe termen mediu. Industriile orientate pe loturi vor fi primele care vor adopta abordarea, iar noi estimăm că și companiile mari de procesare în mod continuu vor începe să se gândească la raționalizarea paradigmelor lor de proiectare, de construcții și operaționale și la aplicarea acestor concepte.

e-Calificarea și e-Conformitatea

Viziunea Dr.-ului Tauchnitz este și mai amplă. Analiza riscurilor corelate procesului și echipamentului cu privire la calitatea produselor trebuie să fie reflectată în planurile de specificare a cerințelor, testare și calificare. Această analiză poate fi efectuată sistematic, pe baza informațiilor instrumentului CAE, iar fluxul său de lucru poate fi automatizat complet într-un asemenea sistem. Rezultatele testării și calificării pot fi corelate cerințelor cu privire la echipament prin intermediul analizei riscurilor, astfel încât procesul poate fi executat într-o manieră informatizată de la specificație până la conformitate și poate fi construit eficient ca o extensie la sistemele inteligente CAE. Unii furnizori din prezent sunt pionierii acestei abordări, având companii vizionare și creând beneficii importante bazate pe randament și acuratețe. ARC estimează că această funcționalitate va deveni curentul principal în curând deoarece presiunea conformității pentru toate industriile crește în mod constant, iar companiile trebuie să răspundă la această presiune prin crearea de randament suplimentar.

Ingineria integrată

Integrarea proiectării proceselor, tehnologiei și a proceselor de funcționare ale fabricii și al treilea principiu Tauchnitz: „instrumentele de software rămân conectate prin interfețe în timp ce fabrica de producție este operațională” prezintă, de asemenea, implicații importante atât pentru companiile EPC’s, cât și pentru companiile OO’s.

În timpul fazelor de proiectare și construcție, clienții noștri ne spun că schimburile dintre EPC și OO au devenit mai frecvente și mai intense în ultimii ani. OO’s vor să rămână la vârful alegerilor făcute de EPC pe parcursul derulării proiectării, să revizuiască procesele și să co-administreze și să co-dețină lucrările. Din ce în ce mai mult, aceste schimburi folosesc instrumente inteligente CAE obișnuite care le permit părților să împărtășească, vizualizeze și discute lucrările de proiectare. Chiar mai important, așa numita predare de la EPC la OO la comisionare are loc din ce în ce mai mult în formate electronice. Documentația scriptică tradițională era greoaie și necesita timp de căutare și înțelegere și era aproape imposibil de menținut actualizată. Astăzi, tot mai mulți OO’s vor un set de date informative despre echipamentul electronic și inteligent care să reflecte situația „așa cum a fost construit” pentru a putea menține datele actualizate pe durata ciclului de funcționare a fabricii. Această alegere nu numai că este eficientă din punct de vedere al resurselor, dar este din ce în ce mai mult și o cerință de reglementare de a fi capabil a produce documentație actualizată despre echipamente și a demonstra conformitatea.

Din momentul în care fabrica își începe activitatea pentru prima dată după ce a fost construită sau retehnologizată, cel puțin două activități complementare, distincte folosesc informații despre echipamente. Inginerii folosesc informațiile despre fabrică pentru a planifica schimbările sau îmbunătățirile, cum ar fi deblocarea, integrarea căldurii, îmbunătățirea calității sau alte proiecte. Simultan, echipa de întreținere folosește date pentru a detecta defecțiuni, a repara, a comanda piese de schimb și așa mai departe. Dacă informațiile despre echipament nu sunt menținute în timpul funcționării și întreținerii fabricii, acuratețea acestora scade gradual în timp, iar când inginerii trebuie să demareze un proiect pierd luni prețioase pentru aflarea stării efective a echipamentului în loc să lucreze la sarcinile inginerești. Prin urmare, un beneficiu important al utilizării instrumentelor inteligente CAE este folosirea acestora pe durata ciclului de viață al fabricii și integrarea proceselor tehnologice, operaționale și de întreținere folosind un singur set de date informative actualizate despre echipament. Astfel, informațiile tehnice și cele despre echipament nu se mai pot deosebi, iar informațiile „așa cum a fost construit” devin informații „așa cum a fost întreținut”.

Procesele și proiectarea muncii trebuie adaptate pentru a se asigura că schimbările de ingineri și din interiorul fabricii sunt cuprinse în CAE sau registrul de informațiii despre echipament. De asemenea, în acest caz este necesară o schimbare a culturii, conform celor descrise mai sus pentru organizațiile inginerești.

Pe baza declarațiilor clienților, credem că utilizatorii pot câștiga timp cu proiectarea și întreținerea de mai multe luni-om per fabrică. Beneficiile corelate incidentelor cu privire la siguranță și situațiilor de urgență sunt mai dificil de cuantificat. În cazul accidentelor majore, disponibilitatea și calitatea informațiilor pe care se bazează deciziile s-au dovedit a juca un rol critic în luarea de decizii corecte și reducerea prejudiciilor, vătămărilor și deceselor. Numai costul de oportunitate al opririlor producției corelat informațiilor despre echipament va justifica ușor efortul de implementare al ingineriei integrate.

Interoperabilitatea cu controlul și alte sisteme

Dar aceasta nu este totul. Dr. Tauchnitz a dus viziunea mai departe afirmând că un model generic pentru programarea DCS și PLC trebuie să facă parte din instrumentul CAE. Prin intermediul unei interfețe universale, programele ar putea fi exportate către diverse mărci de automatizare și compilate în cadrul echipamentului, având scopul de a refolosi modulele de programare standardizate cu diferite tipuri de echipament. De asemenea, autorul extinde conceptul său la configurarea sistemelor de producție, cum ar fi MES sau de management al operațiunilor.

Atât pentru EPC’s, cât și pentru OO’s, aceasta crează economii importante de timp în sistemele tehnice de control. Pentru companiile OO’s, în timpul fazelor de operare-întreținere ale fabricii, beneficiul ar fi și mai important. OO’s folosesc în general mai multe mărci de sisteme de control și ar putea beneficia de o abordare tehnologică uniformă pentru mai multe mărci. Deoarece sistemele de control sunt actualizate și schimbate în domeniu, apare o dificultate în menținerea acurateții informațiilor despre echipament/tehnice. Organizația utilizatorilor NAMUR (www.namur.net) a răspuns la această provocare prin definirea unui format standard de date pentru schimbul dintre sistemele de control al proceselor (PCS) și instrumentele CAE (NAMUR Recommendation NE 150, publicat în octombrie 2014). Dr. Tauchnitz a raportat recent despre un set de demonstratori care au implementat acest format de schimb de date pentru o etichetă DCS între patru sisteme CAE (Aucotec, Bentley, ESP și Siemens) și trei sisteme PCS (ABB, Siemens și Yokogawa). Aceasta deschide o gamă largă de posibilități și beneficii atât pentru utilizatori, cât și pentru furnizorii de sisteme. Avântul inițial pentru crearea demonstratorilor ar trebui menținut. Utilizatorii ar trebui să solicite implementarea integrală a acestora de către un număr și mai mare de furnizori, iar utilizarea sa ar trebui să fie profitabilă pentru utilizatori în ceea ce privește randamentul tehnologic, pentru furnizorii de instrumente CAE prin creșterea cotei de piață și pentru furnizorii PCS datorită unui cost al ciclului de viață mai favorabil.

Interoperabilitatea cu MES sau Manufacturing Operations Management (MOM) este încă un vis pentru viitor, așa cum este și un schimb bidirecțional cu simularea proceselor. Dacă aceste subiecte ar fi urmate, ar putea fi obținute multe alte beneficii. Lucrul cu interfața bidirecțională dintre instrumentele CAE și PCS arată că ceea ce a fost considerat puțin probabil poate deveni realitate foarte repede atunci când viziunea, aptitudinile interpersonale și cooperarea multi-părți coincid. Este la fel de adevărat și în cazul interoperabilității dintre CAE și MOM sau simularea proceselor.

Standardizarea

În cele din urmă, Thomas Tauchnitz dezvoltă viziunea pentru standardizarea și implementarea la nivel de întreprindere, reducerea numărului de sisteme și interfețe, organizarea pentru mentenanță și suport centralizate și promovarea managementului cunoștințelor la nivel de companie. Acest aspect al viziunii nu a beneficiat de multă atenție deocamdată, dar din experiență și studiile de caz ale clienților cu privire la implementarea aplicațiilor MOM, știm că această abordare reduce costul total al deținerii unei aplicații și, prin urmare, scurtează perioadele de rambursare și crește valoarea adăugată netă. Prin urmare, recomandăm acordarea de multă atenție cu privire la acest aspect.

Concluzii

Informațiile tehnice și despre echipamente actualizate, precise și ușor de accesat în timpul întregului ciclu de viață al fabricii oferă beneficii importante de randament tehnologic pentru EPC’s și OO’s pe care utilizatorii acestor sisteme le estimează a fi între 5 și 50%, în funcție de randamentul lor inițial și al gradului de inginerie concurentă. Utilizatorii au provenit din diverse subsectoare ale industriei de proces, de la industria petrochimică până la industria farmaceutică.

Sistemele inteligente CAE permit ingineria concurentă și ingineria colaborativă. Randamentele tehnologice sunt obținute datorită unui registru de date precis și la zi la care toți inginerii au acces în orice moment. Aceste sisteme ajută la menținerea integrității informațiilor tehnice.

Ingineria concurentă reduce durata proiectelor, dar diminuează câștigurile de randament tehnologic. Fiecare companie sau organizație ar trebui să stabilească rata sa optimă de inginerie concurentă în comparație cu ingineria secvențială.

Informațiile despre echipament „așa cum a fost construit” (sau „retehnologizat”) pot fi menținute în sisteme inteligente CAE, care devin un registru de informații despre echipament „așa cum a fost întreținut” pe care departamentele de proiectare, de operațiuni și de mentenanță le folosesc și actualizează pentru a lua decizii optime. Această așa-numită practică de „inginerie integrată” îmbunătățește randamentul operațional și siguranța. ARC estimează că toate companiile vor câștiga timp de proiectare de până la mai multe luni-om per fabrică per an.

Câștiguri importante de randament ar fi obținute dacă utilizatorii ar stimula furnizorii de CAE și PCS să implementeze standardul NE 150 publicat recent pentru schimbul bidirecțional de date între două tipuri de sisteme.

Standardizarea pe bază de sisteme, metodologii, inginerie modulară și procese reduce costul total al deținerii, crește productivitatea și reduce costurile cu instructajul.

Biografie: Valentijn de Leeus, Vicepreședinte, ARC Advisory Group

Valentijn este un expert-evaluator independent de proiecte de cercetare pentru Comisia Europeană în tehnologia informațiilor și comunicare, sustenabilitate socială și atragerea lucrătorilor în domeniile de producție. Valentijn a obținut diploma de doctorat în științe tehnice la Universitatea Tehnică din Delft (NL) în cooperare cu Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris și IFP și diploma de master în chimie la Universitatea de Stat din Utrecht, Olanda. Fondată în 1986, ARC Advisory Group este cea mai importantă firmă de cercetare tehnologică și consultanță pentru industrie și infrastructură.

SKF logo