Archiwizacja to klucz do wydajności

Początkowo skonfigurowany do zbierania kilkuset krytycznych parametrów w 1000-akrowej fabryce oraz do wyświetlania wyników na siedmiu terminalach operatora, program PI historian firmy OSIsoft, działający w przedsiębiorstwie Aughinish Alumina, służy obecnie jako repozytorium do przechowywania danych operacyjnych pochodzących z ponad 25 tys. pomiarów. Współpracuje z innymi programami, dostarcza wyniki operatorom, dyrekcji oraz personelowi pracującemu w laboratoriach, wyświetlając je na ponad 200 interfejsach użytkownika.

 – Z produktem OSIsoft mieliśmy do czynienia po raz pierwszy podczas realizacji projektu zajmującego się oceną i wyborem nowego systemu sterowania rozproszonego (distributed control system – DCS), który wdrażaliśmy w późnych latach osiemdziesiątych – mówi dyrektor działu informatycznego firmy Aughinish Alumina, Justus de Hooge.

 Fot. 1000-akrowa rafineria znajdująca sie na irlandzkiej wyspie Aughinish (zdjęcie dzieki Aughinish Alumina)

 

– Wtedy dostawcy produktów DCS oferowali swoje własne programy do archiwizacji i analizy danych, których funkcjonalność była ograniczona. Kilku z dostawców DCS zaproponowało nam skorzystanie z produktów firmy OSIsoft. Po zbadaniu zarówno produktu, jak i firmy zdecydowaliśmy się przyjąć oferowany przez nich program PI historian jako standard. Wtedy głównym powodem podjęcia takiej właśnie decyzji było to, że program był w stanie współpracować z każdym nowym oraz już istniejącym systemem sterującym dostępnym na rynku. Od tamtego czasu doceniliśmy znaczenie posiadania jednego programu historian, który jest niezależny od producenta systemu sterującego. Nasi inżynierowie cieszą się, że muszą się uczyć tylko jednego interfejsu, niezależnego od aktualnej platformy sprzętu komputerowego – dodaje de Hooge.

Zespół pracowników firmy Aughinish, który dokonywał wyboru, zapoznał się z kilkoma programami do archiwizacji i analizy danych, oceniając szczególnie samych producentów oraz zdolność systemów do:

  • obsługi terminali graficznych i znakowych;
  • współpracy z wieloma systemami sterowania rozproszonego (DCS) oraz sterownikami PLC różnych producentów;
  • współpracy z innymi systemami firmy;
  • zapewniania przez dostawcę długoterminowej obsługi.

 

Produkcja aluminium przez cały rok

Aluminium (Al) jest pierwiastkiem metalicznym występującym obficie w skorupie ziemskiej. Po raz pierwszy zostało otrzymane z chlorku glinu w roku 1829. Od roku 1886 jest produkowane komercyjnie.

Firma Auginish Alumina Ltd. to przedsiębiorstwo kontrolowane przez zajmującą się zasobami naturalnymi grupę Glencore z siedzibą w Szwajcarii. Rafineria aluminium znajduje się na wyspie Aughinish, z południowej strony ujścia rzeki Shannon, pomiędzy Askeaton a Foynes, 20 mil w dół rzeki od miasta Limerick, w Irlandii.

 

Aughinish Alumina produkuje rocznie ponad 1,5 miliona ton tlenku glinu (Al2O3), stosując proces Bayera do przetwarzania rudy boksytu. Tlenek glinu to drobny, biały, granulowany proszek, który po otrzymaniu jest eksportowany do pieców do wytapiania w Wielkiej Brytanii, Skandynawii oraz innych krajach europejskich, gdzie jest dalej przetwarzany, aż staje się metalem – aluminium. Boksyt jest dostarczany masowcami do transportowania rudy o ładowności 65 tys. ton z kopalni boksytu w Afryce Zachodniej, Brazylii, Ghanie i Australii. Rozładowywany jest na wyspie Aughinish w głębinowym terminalu rozładunkowym, u ujścia rzeki Shannon.

Z dwóch ton boksytu otrzymuje się około jednej tony tlenku glinu. Fabryka utrzymuje ponad 250 tys. m3 (56 milionów galonów) roztworu krążącego przez system cystern, zbiorników ciśnieniowych oraz rur (patrz: schemat wejść i wyjść rafinerii tlenku glinu).

Fabryka na wyspie Aughinish zatrudnia 450 osób i pracuje 24 godziny na dobę 365 dni w roku.

 

Przedsiębiorstwo doskonałe, KPI (key performance indicators – główne wskaźniki wydajności)

Aughinish Alumina bazuje na dokładnym opracowaniu, śledzeniu i raportowaniu kluczowych wskaźników doskonalenia procesu dla zapewnienia stabilnego, wydajnego i zyskownego działania przedsiębiorstwa. W ramach pracy fabryki przekłada się to na odpowiednie główne wskaźniki wydajności (KPI), które są wyświetlane na cyfrowych tablicach w standardzie Microsoft Sharepoint Portal Technology, w roli interfejsu użytkownika.

Ponieważ wiele kluczowych wskaźników (KPI) jest bardziej skomplikowanych niż pojedynczy pomiar procesu, Aughinish posługuje się bazą danych wskaźników wydajności PI oraz zaawansowanym narzędziem obliczeniowym PI-ACE (PI-advanced computing engine), które służy do gromadzenia, obliczania i zestawiania danych dotyczących wskaźników KPI. Przy zastosowaniu połączenia programów narzędziowych firm takich jak: Gensym i OSIsoft oraz opracowanych we własnym zakresie operatorzy pracujący w Aughinish mogą precyzyjnie interpretować dane przedstawione na cyfrowych tablicach wskaźników, wprowadzać wymagane regulacje oraz informować o czasie i rodzajach anomalii występujących w procesie lub w urządzeniach (patrz: Architektura systemu PI w firmie Aughinish Alumina).

Na przykład jeśli maszyny zostają zatrzymane celowo lub jeśli zatrzymują się same, PI historian wie, kiedy to się dzieje, ale nie wie dlaczego. Aby uzupełnić zapis o zatrzymaniu sprzętu, operatorzy wybierają z rozwijanej listy przyczynę zatrzymania urządzenia. Dołączanie zwięzłej i adekwatnej informacji tekstowej do opisu zdarzenia ułatwia inżynierom oraz personelowi utrzymania ruchu zebranie informacji niezbędnych do dalszej, dokładniejszej analizy. Ponadto Dział Utrzymania Ruchu rafinerii Aughinish ustala harmonogram pracy na podstawie rzeczywistych godzin roboczych.

 

     O systemie archiwizacji i analizy wskaźników wydajności – PI data historian

 

Wyprodukowany przez firmę OSIsoft program PI data historian to zestaw zintegrowanych aplikacji zaprojektowanych tak, aby spełniać potrzeby użytkowników w zastosowaniach ciągłych oraz okresowych (cyklach periodycznych) stosowanych w przemyśle przetwórczym.

 

Zestaw PI obejmuje:

  • Uniwersalny Serwer Danych (UDS), który jest sercem systemu PI. Serwer zdobywa i przetwarza dane w czasie rzeczywistym, przepuszczając je przez infrastrukturę informacyjną PI.
  • Formularze aktywnego podglądu systemu – PI ActiveView. Jest to internetowa część systemu dostarczania danych, która umożliwia użytkownikom
    podgląd w pełni funkcjonalnego, interaktywnego wyświetlacza PI ProcessBook, dostępnego w Internecie.
  • PI BatchView – zapewnia podgląd na komputerze historycznych oraz rzeczywistych (w czasie rzeczywistym) trendów poszczególnych partii oraz porównywanie wielu partii na pojedynczym ekranie.
  • PI ControlMonitor zapewnia prawidłowe funkcjonowanie systemów sterujących poprzez monitorowanie i wyświetlanie parametrów jakościowych w postaci zmiennych zależnych oraz wartości zadanych, zmiennych zmierzonych i wyjść sterujących jako zmiennych niezależnych.
  • Pakiet PI DataAccess Package to zestaw narzędzi pomagających zaawansowanym użytkownikom przeglądać, strukturalizować oraz uzyskiwać dostęp do danych w obrębie systemu PI. Na przykład zestaw do rozwijania oprogramowania dostarcza narzędzi programowych ActiveX, służących do uzyskiwania dostępu do serwerów PI oraz związanych z nimi podsystemów.
  • PI DataLink tworzy dwukierunkowe połączenie pomiędzy programami arkuszy kalkulacyjnych oraz serwerem (UDS), zapewniając łatwy dostęp do danych procesowych oraz do narzędzi analitycznych arkuszy kalkulacyjnych Microsoft Excel lub Lotus 1-2-3.
  • PI ProcessBook to wyświetlacz graficzny – interfejs użytkownika systemu PI. Pomaga przekształcać dane pierwotne w przydatne informacje, dynamiczne wyświetlacze w czasie rzeczywistym dostępne z dowolnego ekranu PC lub przez przeglądarkę internetową używającą PI ActiveView.
  • PI ACE to zaawansowany mechanizm obliczeniowy zaprojektowany do usuwania przypuszczeń z budowania równań, ułatwiający użytkownikom przekształcanie w czasie rzeczywistym danych w przydatne informacje. Równania ACE są pisane z użyciem minimalnej ilości kodu i można je przenosić na inne instalacje UDS.

 

Więcej informacji na temat programu do archiwizacji i analizy danych – PI data historian – można uzyskać pod adresem: www.osisoft.com

 

Innym przykładem integracji PI jest nieliniowy, wielowymiarowy, predykcyjny model układu sterującego wdrożony w systemie TDC 3000 DCS firmy Honeywell.

Wejścia i wyjścia modelu są odczytywane i zapisywane w bazach danych PI. Ze względu jednak na złożoność zakładu system ekspertowy firmy Gensym – G2 pomaga operatorom w zrozumieniu prognoz modelu oraz działania zakładu.

– Zdecydowaliśmy się celowo nie zamykać pętli na wszystkich modelach, ponieważ nauczyliśmy się, że jeśli operatorzy nie są bezpośrednio zaangażowani w podejmowanie decyzji dotyczących systemu sterującego, ich umiejętności z czasem maleją. A wtedy w przypadkach, gdy muszą sami podjąć decyzję, nie czują się na tyle swobodnie, na ile chcieliby lub powinni. Odkryliśmy, że dzięki otwartej pętli oraz doradztwu zapewnianemu przez system ekspertowy umiejętności operatorów utrzymywane są na dość dobrym poziomie – mówi lider systemu sterującego, George Troy.

– Dziennie mamy ponad 150 osób pracujących w zespołach „bez liderów”, którzy polegają na cyfrowych tablicach wskaźników i KPI, skupiających ich uwagę na tym, co jest istotne. Tylko obszerny i szybki program do archiwizacji i analizowania danych, taki jak system PI, może obserwować nieustanny rozwój wskaźników KPI, aby utrzymać naszą firmę na wytyczonym szlaku. W ten właśnie sposób rafineria Aughinish jest w stanie zwiększać wydajność i zyski, bez zwiększania liczby zatrudnionych pracowników – dodaje de Hooge.

 

Trwały związek – bezpieczeństwo

Założyciel firmy OSIsoft, J. Patrick Kennedy, jest chemikiem oraz inżynierem o specjalizacji projektowania systemów automatyki przemysłowej. Sam kiedyś był użytkownikiem końcowym, pracującym w przemyśle przetwórczym. Patrick rozumie znaczenie skupienia się na konkretnych potrzebach rynkowych i używa swojej wiedzy do kierowania opracowywaniem produktów oraz rozwojem firmy OSIsoft.

Zarówno de Hooge, jak i Troy każdego roku uczestniczą w spotkaniach grupy użytkowników. Mówią, że doceniają interakcję projektantów programu i użytkowników na spotkaniach OSIsoft i lubią obsługę klienta oferowaną przez firmę OSIsoft. – Po zgłoszeniu usterki można rozmawiać z projektantem programu w ciągu kilku minut – powiedział Troy. Na początku (1989) system PI w firmie Aughinish pracował na komputerze DEC Vax 6310 z otwartym systemem operacyjnym VMS. Dzisiaj w Aughinish program PI pracuje na serwerze opartym na Microsoft Windows 2000 Intel Xeon.

– W starym systemie operacyjnym [VMS] trzeba było zatrzymywać PI w celu zainstalowania łat programów (patches) mniej więcej co pół roku. Teraz musimy zatrzymywać PI co miesiąc, aby instalować łaty aktualizujące sam program oraz ważne uaktualnienia (upgrade) systemu operacyjnego Microsoft Windows. Ponieważ system ten jest głównym interfejsem procesowym dla wszystkich użytkowników, jego podłączenie do sieci przedsiębiorstwa obejmuje bardzo rozbudowane systemy zabezpieczeń i ochrony. Potrzeba instalowania łat i uaktualnień do programu firmy OSIsoft jest mniej więcej taka sama jak w przypadku oryginalnego systemu [około dwa razy w roku], a firma OSIsoft w dalszym ciągu sprawdza się, wykonując testy w celu zapewnienia, że instalacja przebiegnie gładko, a wprowadzane poprawki będą działać od razu – mówi de Hooge.

 

Będzie więcej: modele, integracja

Jeden z testów wartości programów użytkowych sprawdza, na ile użytkownicy programu chcą maksymalnie wykorzystać jego możliwości.

Wielu ma skłonność do uczenia się tylko tych części oprogramowania użytkowego, które są im potrzebne do wykonywania pracy. Rzadko są skłonni inwestować dodatkowy czas i energię, żeby nabrać prawdziwej wprawy w posługiwaniu się programem.

Użytkownicy programu PI w firmie Aughinish Alumina wydają się wyjątkiem od tej reguły, poszerzając możliwości:

  • kanałów transmisji danych (PI DataLink), w celu zapisywania danych do arkuszy kalkulacyjnych Microsoft Excel;
  • opcji PI ActiveView (aktywny podgląd), w celu zapewnienia bezpiecznego podglądu ekranów ProcessBook przez Internet;
  • informacji z systemu ekspertowego Gensym G2 oraz baz danych PI;
  • dodatkowych modeli predykcyjnych opartych na rozproszonym systemie sterowania z doradztwem G2;
  • opracowanych wewnętrznie rozwiązań opartych na sieci.Net, które integrują PI z systemami firmy.

 

– Kiedy po raz pierwszy postanowiliśmy używać programu do archiwizacji i analizy danych wskaźników wydajności – PI historian, nie doceniliśmy jego znaczenia ani pozytywnego wpływu na pracę fabryki. Na początku wysłaliśmy na przeszkolenie cztery osoby – dwie z nich miały zostać menedżerami systemu, a dwie wewnętrznymi trenerami. Sądziliśmy, że siedem terminali użytkowników absolutnie nam wystarczy. W ciągu pierwszych sześciu miesięcy podwoiliśmy liczbę interfejsów użytkownika, aobecnie mamy ponad 200 osób przeszkolonych w obsłudze programu PI. Nie jesteśmy do końca pewni, ilu ich będzie, kiedy rozszerzymy zastosowanie wyświetlaczy portalu PI na całe przedsiębiorstwo, ale wiemy, że bez tego nie możemy długo prowadzić wydajnej działalności fabryki – mówi de Hooge.

Aughinish Alumina – www.aughinish.com
Gensym – www.gensym.com
Honeywell – www.honeywell.com.pl
OSIsoft – www.osisoft.com
Bosch Rexroth – www.boschrexroth.pl

 

Przykład systemu wprowadzonego w Polsce przez Gensym znajduje się
na stronie www.gensym.com/manufacturing/ss_polski.shtml

     W jaki sposób PI zarządza, zapisuje i przechowuje dane

 

     PI DataStorage, współpracując z Uniwersalnym Serwerem Danych, zapewnia zbieranie, przechowywanie oraz odzyskiwanie danych numerycznych i danych w postaci ciągu znaków. Posługuje się procesem „kompresji drzwi wahadłowych”, który odrzuca dane z zakresu wartości zdefiniowanych przez użytkownika jako dopuszczalne, lub „compression deviation blanket”, eliminując zbieranie i przechowywanie podobnych wartości.

 

     The compression deviation blanket to mechanizm oparty na zasadzie równoległoboku (parallelogram) sięgający od ostatniej zapisanej wartości do nowej wartości z szerokością równą podwójnej specyfikacji kompresji odchylenia.

 

     Po otrzymaniu nowego zbioru danych dane poprzednie są zapisywane i przechowywane w odpowiednim miejscu (DataStorage), jeśli znajdują się poza „interpolacją równoległoboczną” (compression deviation blanket). Dzięki temu aplikacja przechowująca dane (PI DataStorage) skutecznie przechowuje małe i duże zbiory danych w ich oryginalnej rozdzielczości przez długi czas.

 

Terminologia:
DCS – distribured control system – rozproszony system sterujący
PI – process indicators – wskaźniki procesu
KPI – key performance indicators – główne wskaźniki wydajności)