Odpowiednio opracowane i wdrożone mechanizmy analizy procesowej z funkcją podglądu wyników w trybie online przynoszą wymierne korzyści dla operacji wsadowych w przemyśle chemicznym. W artykule przedstawiono podstawowe kroki do poprawnej analizy operacji wsadowych i jej monitorowania za pomocą interfejsu WWW (część 2.).
Dostęp w trybie online dowyników analizy pozwala monitorować przebieg produkcji wsadowej przy użyciu wykresów głównych składowych PCA ? Principal Component Analysis i szacować jakość produktu za pomocą rzutowania pierwotnych danych na tzw. zmienne ukryte (PLS ? Projection to Latent Structures, znana również jako metoda częściowych najmniejszych kwadratów ? Partial Least Squares).
Jeśli na podstawie sprawnie działającego systemu produkcji opracuje się modele PCA i PLS, ich sprawność w wykrywaniu błędów i przewidywaniu przedziału zmienności wskaźników jakości procesu może być duża. System analizy procesu może być przetestowany przy użyciu danych z niepoprawnych lub źle działających operacji produkcyjnych.
Opracowano specjalną architekturę, która przeprowadza wspomnianą zaawansowaną statystykę, integrując się z warstwą zarządzania przedsiębiorstwem i warstwą sterownia procesowego (rysunek 8). Typowa aplikacja dla przemysłu chemicznego zawiera bardzo dużo równoległych operacji wsadowych. Kluczem do sukcesu, jak w wielu aplikacjach inżynierskich, jest poprawna implementacja opracowanych wcześniej algorytmów. Stworzono zatem interdyscyplinarny zespół, który składał się m.in. z dostawcy komponentów, ekspertów z firmy Lubrizol, dostarczającej wiele rozwiązań dla przemysłu chemicznego, specjalistów od analiz i statystyk, a także inżynierów.
Udany projekt jest efektem wielu czynników, które można scharakteryzować następująco:
Gromadzenie danych procesowych: Aby przeprowadzić analizę operacji wsadowych, konieczna jest znajomość procesu, jego sterowania i produktu. Takie projekty wymagają stworzenia interdyscyplinarnego zespołu. Powinien on opracować listę pomiarów i badań laboratoryjnych, a także przeprowadzić analizę systemu dostarczania półproduktów, na podstawie których będzie można stworzyć tablicę wejście ? proces ? wyjście.- Ekspertyza systemu sterowania i nadzoru: Podstawowym założeniem analizy procesów wsadowych jest ich powtarzalność. Ekspertyza systemu sterowania i nadzoru, w tym poprawności nastaw pętli sterowania, to czynnik w dużej mierze decydujący o spełnieniu tego kryterium.
- Integracja z danymi laboratoryjnymi: Główne wskaźniki jakości związane z operacjami wsadowymi powinny być opracowane na podstawie dokładnych badań przypadkowych próbek produktu. Wyniki badań powinny być wprowadzone do systemu. System powinien też zawierać dokładne dane o półproduktach. Aby dane mogły być wykorzystywane do analiz w trybie online, konieczne jest stworzenie interfejsu między systemem ERP przedsiębiorstwa a warstwą sterowania.
- Gromadzenie danych: Dane wzorcowe i wyniki testów nie powinny być kompresowane.
- Opracowanie modelu: Narzędzia, za pomocą których opracowany będzie model procesu, muszą umożliwiać łatwy wybór danych, na podstawie których stworzony będzie model, a także mieć funkcje grupowania danych i użytych parametrów. Jakość modelu musi być potwierdzona za pomocą wielu wskaźników i próbek testujących, niewykorzystywanych do tworzenia modelu.
- Szkolenia: Przeszkolony personel to podstawa do zatwierdzenia każdej aplikacji, nie tylko systemu analizy procesowej.
- Badanie: Przy ocenie działania systemu warto korzystać z doświadczenia i spostrzeżeń użytkowników oraz zbieranych w czasie wdrażania danych.
Na podstawie wdrożonych i uruchomionych systemów analizy można stwierdzić, że:
- Istotne jest zaangażowanie operatorów i inżynierów, którzy mając wiedzę o systemie, będą w stanie go zaakceptować i uznać zanowe narzędzie do wykrywania błędów i szacowania jakości produktu.
- Sprawność systemu analizy rośnie po jego uruchomieniu, ponieważ dysponuje on coraz większą ilością danych.
- Ważne, aby w systemie można było tworzyć nowe funkcje, które będą mogły wykrywać i diagnozować problemy samego procesu, ale i systemu monitorowania i sterowania.
- Modelowanie procesu musi przebiegać według precyzyjnego planu i być podzielone na etapy.
- Warto mieć na uwadze korzyści ze stosowania dostępu on-line (np. przez przeglądarkę WWW) do wyników analizy.
- Za pomocą przeglądarki WWW można uzyskiwać dostęp do symulatora procesu, który pomaga w szkoleniu personelu.
Podsumowanie
Wykorzystanie wielowymiarowej analizy procesów przemysłowych motywuje ludzi do nowego ich postrzegania i poszukiwania zależności w nich występujących. Znajomość wewnętrznych zależności jest podstawą zmian i ulepszeń samego procesu, ale i mechanizmów jego analizy. Wiedza ekspercka jest niezastąpiona przy tworzeniu skomplikowanych systemów bazujących na operacjach wsadowych i jest podstawą tworzenia produktów o wymaganej jakości. Z drugiej strony to właśnie na podstawie wyników analiz personel zdobywa dodatkową wiedzę o czynnikach mających wpływ na końcową jakość produktu.
Robert Wojewodka jest kierownikiem zespołu specjalizującego się w modernizacji procesów przemysłowych i tworzeniu mechanizmów analizy w Lubrizol Corporation. Terry Blevins jest głównym specjalistą ds. nowoczesnych technologii i rozwiązań. Willy Wojsznis jest starszym technologiem w Emerson Process Management.
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie
CE