Korzyści ekonomiczne łączenia projektów systemów bezpieczeństwa i automatyki

Źródło: Pixabay

Współpraca dwóch różnych działów przy pozornie różnych projektach może przynieść przedsiębiorstwu wymierne oszczędności, pozwalając zaangażowanym w projekty działom skupić się na obszarach ich podstawowych kompetencji.

Niemal każde duże lub średniej wielkości przedsiębiorstwo przemysłowe posiada dedykowane działy inżynierskie, ochrony środowiska, BHP lub ochrony zdrowia. Ponieważ ich przeznaczenie, zadania i cele są odmienne i tylko nieznacznie sie pokrywają, zdarza się często, że funkcjonują one bez wiedzy na temat działania pozostałych działów.

Inżynierowie stale współpracują z operatorami dla znalezienia nowych obszarów poprawy produktywności i efektywności. Eksperci od spraw bezpieczeństwa oceniają i ograniczają ryzyka występujące w procesie, często naginając przy tym przepisy i wymagania. Nie jest więc zaskoczeniem, że te dwa działy współpracują ze sobą jedynie sporadycznie. Ponieważ na rynku pojawia się coraz więcej zaawansowanych technologii, a szczególnie takich, które dotyczą bezpieczeństwa i tworzenia bardziej produktywnego środowiska pracy, znaczenie współpracy tych działów staje się kluczowe dla sukcesu całego przedsiębiorstwa.

Wiele firm nie zdaje sobie sprawy, jak znacząco można ograniczyć koszty dzięki szerszej współpracy przy realizacji nawet pozornie odmiennych projektów.

Jednym z największych obszarów poprawy wyników finansowych dzięki współpracy pomiędzy działami czuwającymi nad bezpieczeństwem, a działami inżynierskimi mogą być bieżące projekty dotyczące sprzętu i wyposażenia. Szansą na poprawę wyników finansowych są również projekty obejmujące ciężki sprzęt i materiały eksploatacyjne, jako główne obszary nakładów kapitałowych. Brak bliższej współpracy przy realizacji takich projektów może być kosztowny dla całego przedsiębiorstwa.

Do niedawna podstawowym sposobem ograniczania ryzyk było wyposażenie sprzętu w fizyczne zabezpieczenia dla ograniczenia dostępu obsługi do stref niebezpiecznych.

W ciągu ostatnich lat przemysł powoli ewoluował w kierunku zaawansowanych środków ograniczających ryzyko, umożliwiających łatwiejszy dostęp do sprzętu poprzez zastępowanie prostych fizycznych zabezpieczeń przez inteligentne urządzenia zabezpieczające. Takie urządzenia były zwykle połączone z dedykowanym sterownikiem bezpieczeństwa, niezależnym od systemu sterowania procesem, tworząc wydzielony system bezpieczeństwa.

W czasie, gdy takie rozwiązania były stosowane na obiektach, stanowiły one jedyne efektywne kosztowo rozwiązanie. Dzisiaj wiele środków bezpieczeństwa jest instalowanych w różnorodnych urządzeniach automatyki, co stwarza możliwość bliskiej współpracy działów zajmujących się bezpieczeństwem z działem inżynieringu w ramach realizowanych projektów.

Rys. 1. Schemat projektu przed implementacją.

Analiza przypadku

Dla przeanalizowania rzeczywistych oszczędności wynikających ze współpracy rozważmy dwie opcje realizacji projektu dla dużej firmy działającej na rynku artykułów spożywczych. Zapytania ofertowe ukazały się w odstępie pół roku i dotyczyły dwóch linii tego samego 15-letniego urządzenia do depaletyzacji. Celem pierwszego projektu była modernizacja systemów bezpieczeństwa na obu liniach depaletyzatora. Projekt został zainicjowany z powodu poważnego wypadku, który wydarzył się na tym urządzeniu i oczywistego wniosku, że dotychczasowe środki bezpieczeństwa są niewystarczające.

Ponieważ zakres projektu obejmował rozwinięcie funkcji bezpieczeństwa, przewidziano zainstalowanie dodatkowej szafy, mającej pomieścić elementy rozszerzające system bezpieczeństwa (rys. 1). Zakres drugiego projektu obejmował modernizację przestarzałego, oryginalnego systemu sterowania i stanowiska operatorskiego w nowy sterownik PLC oraz nowoczesny interfejs HMI.

W tabeli 1 przedstawiono zestawienie kosztów każdego projektu tak jak były oryginalnie zaproponowane w ofertach.

Tab. 1. Zestawienie kosztów ponoszonych w przypadku prowadzenia dwóch osobnych projektów.
Tab. 2. Zestawienie kosztów dwóch wcześniejszych projektów realizowanych jako jeden projekt. W porównaniu z danymi w tabeli 1 takie podejście umożliwia uzyskanie oszczędności na poziomie 15,2% (46 129 USD).

Analiza kosztów 1: Połączone projekty

Pierwsze zadanie analizy kosztów polegało na określeniu potencjalnych oszczędności, gdy dwa niezależne projekty połączy sie w jeden wspólny. Dla przygotowania nowej oferty uwzględniającej przewidywane oszczędności założono, że zakres dostaw i prac inżynierskich dla każdego projektu pozostanie niezmieniony. Pozostawiwszy rozwiązanie bez zmian, określenie dodatkowych kosztów prowadzenia obu projektów niezależnie było już prostą kalkulacją.

Tabela 2 pokazuje, że łącząc oba projekty, można wygenerować oszczędności na poziomie około 45 tys. USD.

Przy tworzeniu kalkulacji kosztów projektów połączonych (tab. 2) uwzględniono wiele czynników, a najważniejsze to:

➡️ oszczędność środków na zarządzanie projektami (30%), uzyskana dzięki redukcji niektórych czynności, takich jak organizacja tzw. spotkań typu kick-off, czasu na analizę projektu, procesu gromadzenia informacji oraz czasu zarządzania (planowanie, nadzorowanie wydatków itp.);

➡️ oszczędność na integracji systemów (40%), osiągnięta dzięki uniknięciu wielokrotnego programowania sprzętu należącego do systemu bezpieczeństwa w celu zapewnienia współpracy z systemem sterowania PLC;

➡️ oszczędności na projekcie elektrycznym (35%), osiągnięta dzięki wspólnej dokumentacji oraz opracowaniu wspólnego rozwiązania; projekt nowego systemu bezpieczeństwa wymagał modyfikacji 12 z 15 istniejących rysunków i utworzenie 14 nowych, natomiast projekt wykorzystujący PLC wymagał zmiany 15 rysunków (wszystkich) i dodatkowo utworzenia jedynie 4 nowych (zamiast 14);

➡️ oszczędność na kosztach uruchomienia systemu (25%), uzyskana dzięki oszczędnościom na odbiorach technicznych, testach I/O, usuwaniu błędów oprogramowania oraz ograniczeniu kosztów delegacji.

Tab. 3. Modyfikacja projektów połączonych przynosi dodatkowe oszczędności w wysokości 11 800 USD, w trzech kategoriach (nazwy pogrubione). Całkowita oszczędność wynosi 57 929 USD, co stanowi 19,1% kosztów z tabeli 1.

Analiza kosztów 2: Modyfikacja projektu

Gdy kilka projektów inżynierskich jest łączonych w jeden projekt, zwykle pojawiają się dodatkowe, potencjalne oszczędności, dzięki zastosowaniu alternatywnych rozwiązań technicznych. Inżynierowie nie są wówczas ograniczani do jednego rozwiązania dedykowanego dla konkretnego projektu. Zamiast tego mogą przeprojektować rozwiązanie tak, aby stało się prostsze i mniej kosztowne.

Przykładowo, jeśli w ramach modernizacji wymieniany jest sterownik maszyny, wówczas zbędne może okazać się montowanie nowej szafy z zainstalowanym dodatkowym systemem bezpieczeństwa. Dlaczego nie użyć PLC dedykowanego do zastosowań związanych z bezpieczeństwem, upraszczając tym samym konstrukcję i zmniejszając ilość pracy niezbędnej do wykonania? Rozwińmy pierwszą analizę kosztów, i stwórzmy drugą ofertę, która zawiera przeprojektowane i uproszczone rozwiązania (rys. 2).

Zaletą zastosowania zintegrowanego systemu bezpieczeństwa z punktu widzenia projektu jest ograniczenie czasu montażu. Nowe rozwiązanie eliminuje dodatkowy sterownik bezpieczeństwa w dodatkowej szafie, co zapewnia prostszy i łatwiejszy montaż. Rozszerzony sterownik bezpieczeństwa PLC jest bardziej kosztowny niż sterownik standardowy z dodatkowym niewielkim sterownikiem bezpieczeństwa, ale ostatecznie pierwsze rozwiązanie jest tańsze we wdrożeniu. Całkowity koszt urządzeń, projekt elektryczny, integracja systemów, koszty okablowania i prace montażowe są w sumie mniej kosztowne przy realizacji rozwiązania zintegrowanego.

Tab. 4. Zmiany zakresu prac realizowanego projektu mogą znacząco zwiększyć jego koszty.

Zalety rozwiązania zintegrowanego

Istnieje wiele krótkofalowych i długoterminowych zalet zastosowania rozwiązania zintegrowanego, jak ograniczenie czasu postoju i zmniejszenie ryzyka. Większość z tych zalet jest podkreślana przez samych producentów sprzętu. To, o czym często nie wspomina się w reklamach, to koszt niezbędnych modyfikacji istniejącego systemu, zarówno w związku z wymaganiami obecnego projektu, jak i ze zmianami wprowadzanymi w przyszłości.

Dla dość małych projektów (jak ten opisywany) zmiany nie muszą być zbyt kosztowne. Gdy jednak inwestor realizuje dużej skali system bezpieczeństwa lub sterowania, koszty mogą by znaczne.

W tabeli 3 pokazano przewidywane oszczędności w dużym projekcie, wymagającym zmian systemowych przy wprowadzaniu rozwiązań zintegrowanych. Projekt opisany w tej kalkulacji dotyczy 84 stanowisk pakujących oraz 51 niezbędnych zmian w całym projekcie (od prostego przeprogramowania do złożonych zmian funkcjonalnych). Choć liczba modyfikacji może wydawać się znaczna, to jest ona typowa dla projektu o tak dużej skali.

Dzięki rozwiązaniom zintegrowanym większość z tych modyfikacji jest możliwa do zrealizowania jedynie poprzez programowanie, a nie zmiany fizyczne i sprzętowe. Średnio zmniejsza to koszty jednej modyfikacji o około 3500 USD (na podstawie danych z 84 maszyn).

Rys. 2. Rysunek przedstawia schemat rozwiązania po modyfikacji projektu, zawierający jednostkę PLC.

Korzyści finansowe

Co roku firma Gratek wykonuje od 300 do 500 modyfikacji systemów sterowania oraz około 50 do 75 modyfikacji systemów bezpieczeństwa. Jedynie 5% z tych projektów dotyczy modernizacji obu systemów jednocześnie, co jasno obrazuje, że większość przedsiębiorstw nie zdaje sobie sprawy z oszczędności, jakie może przynieść wspólna realizacja projektów.

Istnieją jednak przypadki, w których łączenie projektów nie przynosi żadnych korzyści. Na przykład są takie unowocześnienia systemów bezpieczeństwa, które z natury wymagają zmian mechanicznych, a nie zmian w systemie sterowania.

Z drugiej strony oszczędności mogą być jeszcze większe, jeżeli w ramach jednego rozwiązania łączone są różne technologie. Na przykład serwomechanizmy i napędy VFD mają obecnie wbudowane funkcje bezpieczeństwa i w tym przypadku warto rozważyć modyfikację komponentów odpowiedzialnych za ruch podczas planowania projektów z zakresu sterowania i bezpieczeństwa.

Granica pomiędzy automatyką a systemami bezpieczeństwa powoli się zaciera, zwłaszcza w ostatnich latach. Umyślne rozdzielanie tych dwóch zagadnień to utrata szansy na oszczędności ograniczenie kosztów. Nie wpadajmy w tę pułapkę.


Jeff Winter jest dyrektorem działu bezpieczeństwa w firmie Grantek Systems Integration.