Kolačići na web-stranici SKF-a

SKF na svojim web-mjestima koristi kolačiće zbog bolje prilagodbe željenim postavkama korisnika kao što su odabir zemlje i jezika.

Prihvaćate li SKF-ove kolačiće?

Tehnički podaci ili podaci o sredstvima?

2015 veljača 04, 09:00 CEST

Kako tehnologija, zakoni i zahtjevi za efikasnošću mijenjaju upravljanje tehničkim znanjem

AUTOR: Valentijn de Leeuw, dopredsjednik ARC savjetničke grupe

Vizija koja je pokrenula pretvorbu

2005. godine, Thomas Tauchnitz iz Sanofi-Aventisa, vodeće farmaceutske tvrtke, objavio je članak u njemačkom izdanju magazina Automation Technology in Practice, pod naslovom "Vrijeme je za objedinjavanje procesnog oblikovanja, inženjeringa i postupaka u proizvodnim pogonima" (It’s time for an Integration of the Process Design, Engineering and Plant operation processes).  Članak opisuje viziju i strategiju primjene koncepata putem računalnog softvera. Dr. Tauchnitz objašnjava koja tri osnovna zahtjeva treba ispoštovati: sve se informacije stvaraju i održavaju na samo jednoj lokaciji, postojeće se znanje ponovo koristi gdje god je moguće, a softverski alati ostaju povezani dok je proizvodnja u tijeku.

Tauchnitz predstavlja tijek rada iz procesnog oblikovanja pomoću softvera za simulaciju; dobivene informacije o postupku šalju se računalno potpomognutim alatima za inženjering (CAE), zajednički svim tehničkim disciplinama koje se bave izravnim i detaljnim inženjeringom.  Objašnjava da bi trebalo primijeniti modularni inženjering, koncept poznat već godinama: standardizirani moduli koji obuhvaćaju sve funkcije izrađuju se, održavaju i primjenjuju za određeni tehnički zadatak. Primjerice, modul reaktora obuhvaćao bi osjetnike za mjerenje i kontrolu temperature i tlaka, ventile za propuštanje materijala, kontrolu razine, sigurnosnu opremu i automatizaciju, upravljanje itd. U sastavu predloška nalazio bi se i popis odgovarajuće opreme, dokumentacija za oblikovanje, sigurnosni postupci, kao i postupci za provjeru i ograničenja.  Umjesto oblikovanja svih dijelova nove opreme, zamjene, modernizacije ili servisiranja od početka, tehničar bi se trebao baviti samo prilagodbom i objedinjavanjem u većem sustavu te bi imao više vremena za optimizaciju oblika te poboljšanje i održavanje modula.

Istovremeni ili suradnički inženjering?

Danas nekoliko inteligentnih CAE sustava nudi mogućnost višedisciplinarnog rada na tehničkoj obradi s istom opremom za proizvodnju, iz vlastite perspektive i na način na koji inače obavljaju svoj posao: dijagrami tijeka procesa (PFD) za procesne tehničare, dijagram cjevovoda i instrumentacije (P&ID) za automatičare, izometrija cjevovoda itd.

Kada nekoliko tehničara radi na istoj stvari, takav alat pomaže očuvanju cjelokupnosti tehničkih podataka.  Primjerice, ako procesni tehničar promijeni najvišu temperaturu ili protok u cijevi, tada bi crpka fluida trebala imati svojstva koja se mogu nositi s tim veličinama; u suprotnom će alat javiti upozorenja vezana uz svojstva pumpe. Slično tome, promjer crpke trebao bi omogućiti protok odgovarajućom brzinom itd. Osim pravila za rukovanje, ti sustavi mogu upravljati ovlaštenjima za rad, uključujući slanje, pregled te provjeru valjanosti stanja promjena.

Dok je za tvrtke koje se bave nabavom u tehničkom i građevinskom sektoru (EPC), istovremeni inženjering standardna je praksa od početka upotrebe CAE alata, u nekim je manjim tvrtkama i obrtima (OO) sekvencijalni je inženjering norma. Višedisciplinarni rad na oblikovanju istog predmeta ima ekonomske, organizacijske i društvene posljedice.

Društveni i kulturni vidovi

Tijekom predstavljanja istovremenog ili suradničkog sekvencijalnog inženjeringa putem jedinstvenog spremnika tehničkih podataka, ljudi se trebaju upoznati s novim postupcima i tehnologijom. Veći izazov moglo bi biti to što se od njih zahtijeva podjela podataka, načina rada i logike odlučivanja. Ponekada će morati naučiti surađivati, što podrazumijeva i slušanje tuđih mišljenja, definiciju dogovorenih pravila i odgovornosti raznih sudionika, pregovore, dogovorno rješavanje problema i konstruktivno rješavanje sukoba. Ta pretvorba može uzrokovati određenu nelagodu jer će ljudi morati napustiti svoju udobnost. Ako se njome ne upravlja na pravilan način, može uzrokovati sukobe i rezultirati neuspjehom. Tehnički voditelji koji su u krajnjoj liniji odgovorni za provedbu promjena moraju biti sposobni upravljati ljudima i promjenama. Mogu im pomagati savjetnici za promjene, ali za uspješnu primjenu trebat će ovladati tim vještinama i usmjeravati svoje suradnike još dugo nakon primjene promjena. To nije tek preporuka, o tome ovise radna klima, ali i produktivnost.

Ljudi u organizaciji ponašaju se sukladno kolektivnim uvjerenjima i pravilima. To se u timovima naziva normama, a u organizaciji kulturom. Neka od tih pravila i uvjerenja su prešutna (implicitna), tj. nisu izrijekom navedena (eksplicitna) iako se provode; neka od njih mogla bi biti podsvjesna, a neka bi se mogla sukobljavati i s formalnim pravilima i principima tvrtke. Uspješna promjena kulture zahtijeva otkrivanje stvarnosti da bi je učinila eksplicitnom, a zatim stvaranje vizije koja premošćuje poslovne ciljeve i kolektivne potrebe, uz postupnu primjenu nove kulture i njeno održavanje. Priručnik ili obuka mogu pomoći, ali to zahtijeva da se predvodnici sastaju s ljudima, slušaju njihove ideje i brige, objašnjavaju i djeluju sukladno povratnim informacijama, uključuju ih u oblikovanje i prepoznaju njihove napore u ostvarivanju promjena.

Organizacijski i gospodarski utjecaj

Premda inteligentni CAE omogućava istovremeni inženjering, ne koriste ga sve tehničke organizacije. Prije nekoliko godina, ARC je proveo neformalno istraživanje sektora procesnih industrija, od velikih petrokemijskih do farmaceutskih proizvođača na nekoliko kontinenata.  Anketa je pokazala da je približno pola CAE korisnika organizacijski spremno za provedbu istovremenog inženjeringa na srednje visokoj ili visokoj razini, ali trećina preferira sekvencijalni inženjering. Svrha tehničke višedisciplinarnosti tijekom oblikovanja istog predmeta kraće je trajanje projekta. Međutim, korisnici se slažu da se tako povećava učestalost pogrešaka i broj ponavljanja što u konačnici rezultira povećanjem ukupnog napora. EPC tvrtke možda nemaju izbora kada se nađu u vremenskom tjesnacu, ali za manje tvrtke i obrte idejno tehničko oblikovanje nije od presudne važnosti te si mogu priuštiti dulje trajanje projekata uz manje tehničke napore.  Gospodarska optimizacija koja balansira između troškova projekta i vrijednosti koja proizlazi iz ranije operativne spremnosti vjerojatno bi pokazala optimalne rezultate upotrebom srednje razine istovremenog inženjeringa.  Korisnici su u istoj anketi naznačili da je moguće ostvariti veću tehničku produktivnost od 5 do 50 % obzirom na vremenske dobitke i veću točnost podataka, a ovisno o korištenoj razini istovremenog inženjeringa, međutim to se ostvaruje nauštrb značajnih ulaganja u modularni inženjering i modeliranje tijeka rada (vidi u nastavku).

Istovremeni i suradnički inženjering mogu uzrokovati male detaljne promjene tijekova rada kao i promjenu definicija odgovornosti pojedinaca koje bi mogle uzrokovati trvenja na razini pojedinaca (vidi gore), ali neće doći do velikog utjecaja na organizaciju u tehničkom smislu.

Modularni inženjering i modularna procesna tehnologija

Ponovnom upotrebom informacija i znanja povećava se tehnička efikasnost. Drugi Tauchnitzov princip ponovne upotrebe znanja do krajnjih granica (vidi str. 1) podrazumijeva standardizaciju dokazanih modularnih oblika. To su gotove informacije o inženjeringu za procesne jedinice ili odjeljke koji se sastoje od procesne opreme, instrumenata, kontrolnih sklopova, cjevovoda, crpki, mehaničkih pokretača itd. Tehničar umjesto ponovnog oblikovanja dijelova postupka odabire takvu jedinicu ili dio postupka te se može koncentrirati na svojstva postupka. U slučaju nedostataka standardnih modula, dokumentacija treba opisati rješenja korištena za tehnički zadatak.  Izazovi modularnog inženjeringa značajna su ulaganja u postupak izrade modula. Za manje tvrtke i obrte to je ulaganje koje se može isplatiti tijekom vremena, ali za EPC tvrtke ulaganja bi mogla biti neekonomična osim ako EPC ne uspije standardizirati jedinstveni alat te ima mogućnosti izvoza oblika u CAE alate koje su preporučili njihovi kupci.

Projekt F3 Factory koji je financiralo 25 tvrtki i EU te obuhvaća sedam industrijskih slučajeva iz prakse,provodio se između 2009. i 2013. godine s ciljem nadilaženja mana masovne neprekidne obrade (velika kapitalna ulaganja i krutost) te male serijske obrade (neefikasnost) i kombinacije odgovarajućih pogodnosti uvođenjem efikasnosti u višenamjenske pogone za proizvodnju više proizvoda te fleksibilnosti u pogone diljem svijeta koji rade neprekidno. Ciljevi istraživanja bili su:

  • Pružanje kompaktnijih i jeftinijih oblika postupaka koji smanjuju utjecaj na okoliš i podržavaju jačanje postupaka.
  • Razvoj standardizirane, modularne, "plug-and-play" opreme za kemijsku proizvodnju koja je sposobna upravljati brojnim kemijskim procesima.
  • Razvoj tehničke metodologije za jačanje postupaka
Projekt je ostvario brojne rezultate koji obećavaju te je razvijeno nekoliko modularnih postupaka. Svi su demonstrirali značajne prednosti obzirom na troškove i održivi razvoj.

Ideja se sastoji u tome da za povećanje proizvodnog kapaciteta proizvođač mora samo dodati standardizirane, manje jedinice; ne mora oblikovati veći proizvodni pogon. Time se smanjuju troškovi i skraćuje vrijeme potrebno za tehnički postupak, a smanjuju se i troškovi opreme jer je omogućena izrada opreme u većim serijama. Koncept zahtijeva novi tehnički pristup koji umjesto prilagodbe opreme postupku optimizira postupak unutar ograničenja koja nameću standardni moduli.

Trend nameće proizvodnju manjih količina, postupna poboljšanja proizvoda i postupka te fleksibilnost sukladno zahtjeima tržišta. Time se ostvaruje potencijal za iskorištavanje fleksibilnosti proizvodnog pogona koji je oblikovan za širok opseg radnih uvjeta, a time i za oblikovanje opreme koja će odgovarati očekivanom opsegu, a ne fiksnoj optimalnoj vrijednosti. U takvim će uvjetima biti uputno koristiti prilagodljivu optimizaciju proizvodnje i sustave za upravljanje kvalitetom sukladno najnovijim FDA cGMP smjernicama jer oni omogućavaju usvajanje izmijenjenih postupaka i odstupanja u uvjetima proizvodnje gdje neki ili svi konačni proizvodi ostaju identični.

Ostvarivanjem ideje modularne proizvodnje izbjegao bi se čitav niz tehničkih zadataka i procjena valjanosti, a odstupanja u stopama proizvodnje riješila bi se usklađivanjem broja proizvodnih linija s potrebnim količinama proizvodnje. Slični su projekti u suradnji s proizvođačima ostvareni na američkom tehnološkom institutu u Massachusettsu (Massachusetts Institute of Technology, MIT).

Zbog industrijskih inicijativa vezanih uz Internet stvari kao što su Industrie 4.0 ili Industrijski internetski konzorcij, u industriji, a naročito u sektoru serijske proizvodnje, počelo se razmišljati o primjeni proizvodnih linija s mogućnošću konfiguriranja da bi se mogle prilagoditi odstupanjima u potražnji i ograničenjima. To zahtijeva nove ideje i standarde za ad-hoc objedinjavanje opreme u stvarnom vremenu, uključujući softverske dijelove za upravljanje operacijama i automatizaciju. Već spomenuti modularni tehnički pristupi u velikoj mjeri omogućavaju upotrebu inženjeringa modularne procesne tehnologije te očekujemo da će se u bliskoj i srednjeročnoj budućnosti snažno povećati upotreba modularnog inženjeringa. Industrije orijentirane prema serijskoj proizvodnji bit će među prvima koje će usvojiti takav pristup, a očekujemo i da će velike tvrtke koje se bave masovnom neprekidnom proizvodnjom početi razmišljati o racionalizaciji svog inženjeringa, građevinskim i operativnim primjerima te primjeni tih ideja.

e-kvalifikacija i e-sukladnost

Vizija dr. Tauchnitza nudi još toga. Analiza rizika obzirom na postupke i opremu u odnosu na kvalitetu proizvoda trebala bi se odraziti kroz specifikacije zahtjeva, provjera i planove kvalifikacija. Ta se analiza može obaviti sustavno na temelju informacija iz CAE alata, a u takvom se sustavu pripadajući tijek rada može u potpunosti automatizirati. Rezultati provjera i kvalifikacija mogu se povezati sa zahtjevima opreme putem analize rizika te se stoga postupci u opsegu između specifikacija i sukladnosti mogu obaviti bez papira te se efikasno igzraditi kao proširenje inteligentnih CAE sustava. Neki davatelji usluga već su počeli koristiti takav pristup u suradnji s vizionarskim tvrtkama što rezultira značajnim pogodnostima na područjima efikasnosti i preciznosti. ARC očekuje da će ta funkcionalnost uskoro postati općeprihvaćena, budući da neprestano raste pritisak u smjeru sukladnosti za sve industrije, a tvrtke na takav pritisak moraju odgovoriti ostvarivanjem dodatne efikasnosti.

Objedinjeni inženjering

Objedinjavanje procesnog oblikovanja, inženjeringa i postupaka proizvodnje te trećeg Tauchnitz principa: "softverski alati ostaju povezani dok je proizvodnja u tijeku" ima snažan utjecaj na EPC tvrtke, ali i manje tvrtke te obrte.

Tijekom faza oblikovanja i izrade naši nam kupci poručuju da je razmjena između EPC tvrtki i manjih tvrtki te obrta postala češća i intenzivnija u proteklih nekoliko godina. Manje tvrtke i obrti žele nastavak kontrole odabira koji EPC tvrtke čine tijekom faze oblikovanja, imati uvid u napredak i biti sudionici u upravljanju i vlasništvu nad radom.  Tijekom sve većeg broja razmjena koriste se standardizirani inteligentni CAE alati koje stranama omogućavaju podjelu, vizualizaciju i raspravu o postupcima oblikovanja.  Još je značajnija prijelazna faza od EPC ka manjim tvrtkama i obrtima koja se u sve češće obavlja putem elektroničkih formata. Tradicionalna papirnata dokumentacija bila je nezgrapna i zahtijevala je mnogo vremena za obradu te ju je bilo gotovo nemoguće kvalitetno ažurirati. Danas manje tvrtke i obrti sve više zahtijevaju elektroničku, inteligentnu obradu informacija o opremi, odražavajući stanje izrade da bi mogli osigurati ažurnost tijekom čitavog vijeka proizvodnog pogona. To nije efikasno samo u pogledu resursa već se sve više ide u smjeru da to postane regulatorni zahtjev s ciljem izrade ažurne dokumentacije o opremi i demonstracije sukladnosti.

Od trenutka prvog puštanja proizvodnog pogona u rad nakon izgradnje ili remonta informacije o opremi će koristiti barem dvije zasebne, komplementarne aktivnosti. Inženjering koriste informacije o proizvodnom pogonu za planiranje promjena ili poboljšanja kao što su uklanjanje uskih grla, toplinska oporaba, povećanje kvalitete ili drugi projekti. Istovremeno, u održavanju se koriste podaci za rješavanje problema, popravak, narudžbu rezervnih dijelova itd. Ako se za vrijeme rada i održavanja proizvodnog pogona ne održavaju informacije o opremi, preciznost tijekom vremena postupno opada, a kada tehničari moraju ponovo pokrenuti projekt gube dragocjene mjesece otkrivajući stvarno stanje opreme umjesto da se bave inženjeringom.  Glavne prednosti upotrebe inteligentnih CAE alata leže u upotrebi kroz čitav vijek proizvodnog pogona te u objejedinjavanju tehničkih, radnih i postupaka održavanja upotrebom jednostrukih, ažurnih podataka o opremi.  Sukladno tome, informacije o inženjeringu i opremi postaju jedinstvene, a informacije o izadi pretvaraju se u informacije o održavanju.

Potrebno je prilagoditi postupke i oblike rada zbog dohvata promjena s područja inženjeringa i proizvodnog pogona u CAE ili spremištu informacija o opremi. Osim toga, potrebna je promjena kulture sukladno onome što je prethodno spomenuto vezano uz tehničke organizacije.

S obzirom na izjave klijenata, vjerujemo kako korisnici mogu dobiti dodatnih nekoliko mjeseci za inženjering i održavanje po proizvodnom pogonu. Prednosti s obzirom na smanjenje sigurnosnih incidenata i hitnih situacija teže je kvantificirati. U većim ispadima, dostupnost i kvaliteta informacija na temelju kojih se donose odluke pokazale su se ključnima za donošenje ispravnih odluka i smanjivanje nastalih šteta, ozljeda i smrtnih slučajeva. Sami troškovi nastali mogućim zastojima u proizvodnji s obzirom na informacije o opremi opravdavaju implementaciju integriranog inženjerstva.

Međuoperativnost s kontrolnim i drugim sustavima

Međutim, to nije sve. Dr. Tauchnitz dodatno je razvio tu viziju izjavom kako bi generički model DCS i PLC programiranja trebao biti dio CAE alata. Programi se putem univerzalnog sučelja mogu izvoziti u razne alate za automatizaciju i kompilirati u sklopu opreme, s ciljem ponovne upotrebe standardiziranih modula programiranja u sklopu raznih vrsta opreme. Autor dodatno proširuje svoj koncept na konfiguraciju sustava proizvodnje, kao što su MES ili upravljanje operacijama.

To i EPC tvrtkama i manjim tvrtkama i obrtima ostvaruje velike vremenske uštede u inženjeringu kontrolnih sustava. Za manje tvrtke i obrte, tijekom faza upravljanja/održavanja proizvodnih pogona, prednosti će biti još važnije. Manje tvrtke i obrti općenito koriste nekoliko kontrolnih sustava te mogu profitirati od uniformnog inženjerskog pristupa većem broju robnih marki. Budući da se kontrolni sustavi ažuriraju i mijenjaju na terenu, održavanje preciznosti informacija o opremi/inženjeringu predstavlja izazov. Korisnička organizacija NAMUR (www.namur.net) na taj je izazov odgovorila definiranjem standardnog podatkovnog formata za razmjenu između kontrolnih sustava za procese (PCS) i CAE alata (NAMUR preporuka NE 150, objavljena u listopadu 2014.). Dr. Tauchnitz je nedavno izradio izvješće o skupu demonstratora koji implementiraju format za razmjenu podataka s DCS oznakom, između četiri CAE sustava (Aucotec, Bentley, ESP, Siemens) i tri PCS sustava (ABB, Siemens, Yokogawa). Time se otvaraju brojne mogućnosti i pogodnosti za korisnike i dobavljače. Treba zadržati početni zamah korišten za izradu demonstratora. Korisnici bi trebali zahtijevati njihovu punu implementaciju kroz povećanje broja dobavljača, a njihova bi se upotreba korisnicima trebala isplatiti u vidu inženjerske učinkovitosti, CAE dobavljačima u vidu većeg tržišta, a PCS dobavljačima u vidu povoljnije cijene vijeka trajanja.

Međuoperativnost između MES ili upravljanja proizvodnim djelatnostima (MOM) još uvijek je san za budućnost, ali predstavlja i dvosmjernu razmjenu sa simulacijom procesa. Kada bi se fokus stavio na te teme, mogle bi se ostvariti bogate pogodnosti. Rad na dvosmjernom sučelju između CAE alata i PCS-a pokazuje kako ono što se smatralo malo vjerojatnim vrlo brzo može postati stvarnost kada se kombiniraju vizija, komunikacijske vještine i višesmjerna suradnja. Isto vrijedi i za međuoperativnost između CAE i MOM ili simulacije procesa.

Standardizacija

Naposljetku, Thomas Tauchnitz razvija viziju za standardizaciju i implementaciju na razini poduzeća, smanjenje broja sustava i sučelja, organizaciju centraliziranog održavanja i podršku te promicanje upravljanja znanjem na razini tvrtke. Taj aspekt vizije još nije privukao mnogo pažnje, ali iz iskustva i prakse klijenata s obzirom na implementaciju MOM aplikacija, znamo kako takav pristup smanjuje ukupne troškove posjedovanja, skraćujući time razdoblja otplate te povećavajući neto dodanu vrijednost. Stoga preporučujemo da obratite pažnju na tu točku.

Zaključci

Ažurne, precizne, dostupne informacije o inženjeringu i opremi za vrijeme čitavog ciklusa vijeka trajanja proizvodnog pogona donose značajne prednosti po pitanju inženjerske učinkovitosti za EPC te male tvrtke i obrte, za koju korisnici tih sustava procjenjuju kako se kreće između dodatnih 5 i 50 %, ovisno o početnoj učinkovitosti i razini usporednog inženjerstva. Radi se o korisnicima iz raznih sektora procesne industrije, od proizvođača petrokemikalija do farmaceutskih proizvođača.

Inteligentni CAE sustavi omogućavaju usporedno i suradničko inženjerstvo. Inženjerska učinkovitost postiže se zahvaljujući preciznom, ažurnom spremištu podataka kojemu u svakom trenutku mogu pristupiti svi inženjeri. Ti sustavi pomažu u održavanju integriteta informacija o inženjeringu.

Usporedno inženjerstvo skraćuje trajanje projekta, ali umanjuje prednosti inženjerske učinkovitosti. Svaka tvrtka/organizacija treba utvrditi optimalan omjer između usporednog i sekvencijalnog inženjerstva.

Informacije o izradi (ili renovaciji) opreme mogu se održavati unutar inteligentnih CAE sustava koji postaju spremište informacija o održavanju opreme koje se u inženjeringu, operacijama i održavanju koriste i ažuriraju u cilju donošenja optimalnih odluka. To tzv. "integrirano inženjerstvo" povećava operativnu učinkovitost i sigurnost. ARC procjenjuje kako će tvrtke po proizvodnom pogonu za inženjering potrošiti nekoliko mjeseci godišnje

Glavne prednosti po pitanju učinkovitosti postići će se kada korisnici stimuliraju CAE i PCS dobavljače za implementaciju nedavno objavljenog standarda NE 150 u cilju dvosmjerne razmjene podataka između dvije vrste sustava.

Standardizacijom sustava, metodologija, modularnog inženjerstva i procesa smanjuju se ukupni troškovi posjedovanja, povećava produktivnost i smanjuju troškovi obuke.

Životopis: Valentijn de Leeuw, dopredsjednik ARC savjetničke grupe

Valentijn je neovisni stručnjak/procjenitelj istraživačkih projekata za Europsku komisiju u području informacijskih tehnologija i komunikacija, društvene održivosti i privlačnosti za radnike u domeni proizvodnje. Valentijn je doktorirao tehničke znanosti na tehnološkom sveučilištu Delft (NL), a surađuje s ustanovama Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris te IFP. Osim toga, magistar je kemije, a diplomu je stekao na državnom sveučilištu Utrecht u Nizozemskoj. ARC savjetnička grupa osnovana je 1986. godine te je vodeća tvrtka za tehnološka istraživanja i savjetovanje za područja industrije i infrastrukture.

SKF logo