Monitorowanie warunków działania coraz bardziej wyszukane

Nowe sposoby gromadzenia informacji, danych – włączając w to transmisję bezprzewodową; dodatkowo integracja informacji z całego procesu produkcyjnego pozwala użytkownikom obniżyć koszty oraz znacznie skrócić czasy przestojów maszyn.

Procedury „zarządzania warunkami pracy” obejmują niemal wszystkie działy przedsiębiorstwa, stawiając sobie za cel optymalizację wykorzystania zasobów. Zasady wykorzystania pokazuje rysunek, opracowany na podstawie materiałów Invensys Process Systems

Odpowiednio balansując między reaktywnym, zapobiegawczym a predyktywnym sposobem utrzymania ruchu maszyn, mamy możliwość sprawnego zarządzania aktywami przedsiębiorstwa. Jednak działania te nie obędą się bez przesyłania wymaganych do tego celu informacji. Monitorowanie i zarządzanie warunkami pracy maszyn, silników i zasilania daje obiektywny obraz działania całego procesu – informacje odpowiednio wykorzystane mogą być nieocenione. Pośród aktualnych trendów znaleźć tutaj można mnóstwo nowości technologicznych: od rozmaitych czujników bezprzewodowych, zwiększenie poziomu integracji informacji, na równi z rosnącym zainteresowaniem zlecania usług monitorowania warunków pracy procesu firmom zewnętrznym, specjalizującym się w wybranych dziedzinach.

Coraz częściej firmy korzystają z dobrodziejstw komunikacji bezprzewodowej – w różnej formie, do różnych zagadnień monitorowania. Wykorzystanie sieci czujników bezprzewodowych, do niedawna traktowane jako ciekawostka, powoli staje się tendencją w nowo tworzonych systemach, jako podstawowy element gromadzenia informacji o stanie urządzeń procesowych. Przykładowo, samoorganizujące się siatki tanich bezprzewodowych czujników drgań mogą ustrzec przed poważnymi problemami, a tym samym pozwolić obsłudze interweniować przed uszkodzeniem oprzyrządowania.

Neil Cooper, szef działu rozwiązań dla produktów związanych z zarządzaniem wydajnością wykorzystania aktywów w firmie Invensys Process Management twierdzi: – Systemy bezprzewodowe są szczególnie przydatne w instalacjach na terenach szczególnego zagrożenia oraz podczas renowacji istniejących fabryk – wszędzie tam, gdzie inżynierowie z obsługi zastanawiają się, jak uzyskać (w postaci cyfrowego wyniku pomiaru) wartość zmiennej, która akurat w danym miejscu i chwili najbardziej ich interesuje. W przypadku fabryk, które nie mają cyfrowej infrastruktury komunikacyjnej, tworzenie infrastruktury bezprzewodowej jest obecnie na tyle odporne i niedrogie, że użytkownicy mogą sobie pozwolić na ciągłe powiększanie powierzchni fabryki, nawet do takich rozmiarów, o których do niedawna nawet by nie marzyli.

Stuart Harris, wicedyrektor Działu Optymalizacji Wykorzystania Aktywów w firmie Emerson Process Managemenet zauważa, że sieci bezprzewodowe są integrowane w ramach większych systemów od niedawna. Mówi również, że: – Firma Emerson jest bardzo zaangażowana w działania SP100 (standardu ISA dla systemów bezprzewodowych w automatyzacji), jak również w prace nad bezprzewodowym protokołem HART. Mając standardowe rozwiązanie, które można zastosować do budowy bezprzewodowej sieci przemysłowej, zyskujemy standard, który może znaleźć przełożenie na wszystkie rodzaje pomiarów przemysłowych.

W miarę jak posuwają się prace nad opracowaniem standardów, włączają się do nich najważniejsi na rynku dostawcy systemów automatyki, powiększając swoją ofertę o oprzyrządowanie bezprzewodowe oraz czujniki pracujące w sieciach bezprzewodowych. Przykładowo, firma Emerson Process Management zintegrowała technologie bezprzewodowe w swoich produktach, jak PlantWeb – oferuje obecnie zestaw startowy, nazwany SmartPack. Firma Invensys Process Systems podpisała porozumienia z firmami Apprion, Dust Networks, Ember, oraz z innymi członkami grupy, pracującej nad ZigBee.

ZigBee jest to specyfikacja protokołów transmisji danych w sieciach bezprzewodowych typu mesh, cluster tree. Sieci oparte na ZigBee charakteryzują się niewielkim poborem energii oraz zasięgiem między węzłami do 100 m.

Typowymi zastosowaniami technologii ZigBee są: sieci sensorowe, automatyka domowa, systemy alarmowe, systemy monitoringu, tzw. ZigBee Alliance; patrz: http://www.zigbee.org.

Poziomy integracji

Producenci coraz częściej zauważają potrzebę integracji systemów monitorowania / zarządzania aktywami w ramach większych struktur w przedsiębiorstwach. Jak mówi Harris: – Integracja taka odbywa się na trzech różnych poziomach. Po pierwsze dąży się do integracji predykcyjnych funkcji diagnostycznych w ramach swego rodzaju aplikacji. W przeszłości wielu dostawców dostarczało rozwiązań dla mniejszych podzbiorów zainstalowanych w procesie aktywów; prowadziło to do sytuacji, w której na rynku obecne były firmy, specjalizujące się w aplikacjach dla monitorowania drgań, inne w diagnostyce zaworów, a zupełnie odmienny był charakter aplikacji dla badań ultradźwiękowych. Jednakże współczesne trendy prowadzą do jednolitego pakietu oprogramowania, w którym zintegrowane są funkcje diagnostyczne całego szeregu różnorakich aktywów w procesach przemysłowych. Połączenie tych wszystkich informacji w ramach jednej aplikacji dostarcza znacznie więcej danych zarówno do tablic rozdzielczych, jak i do obliczania głównych wskaźników jakościowych procesu. 

Narzędzia do monitorowania stanu / zarządzania aktywami wykorzystują otwarte standardy do budowy graficznych interfejsów opartych na diagnostyce realizowanej w czasie rzeczywistym. Im ten interfejs jest lepszy, tym łatwiej operatorom podejmować decyzje i zapobiegać awariom. Źródło: Emerson Process Management 

Kolejny poziom to integracja zarządzania aktywami i sterowania procesem. Pozwala to operatorom mieć wgląd we wszystko, co dzieje się z aktywami (w ich stan techniczny), przez co mogą odpowiednio szybko reagować. Operator może, przykładowo, zauważyć początek kawitacji i tak wpłynąć na proces, aby uniknąć uszkodzenia oprzyrządowania.

Trzecim, ostatnim poziomem integracji z siecią przedsiębiorstwa jest powiązanie z informatycznymi systemami zarządzania zasobami / systemami sterowania / systemami bezpieczeństwa, pomimo tego że niektórzy uważają, iż w wielu przypadkach taka integracja zajmie całe lata. 

Na rysunku pokazano przykładowe ekrany oprogramowania InFusionCondition Manager. Dzięki analizie wydajności kompresora w jednej z fabryk Invensys Process Systems możliwe jest śledzenie stanu samego urządzenia, jak i związanego z nim oprzyrządowania 

Kwestie biznesowe – zwrot z inwestycji

Jedną z podstawowych kwestii, jaka wpływała na spowolnienie wprowadzania do powszechnego użytku systemów monitorowania warunków i zarządzania aktywami, był fakt, że korzyści wynikające z ich stosowania nie były wystarczająco duże dla osób, decydujących o nowych inwestycjach. Jak uważa Harris: – Patrząc na zagadnienie historycznie, był pewien rozdźwięk pomiędzy zwiększeniem niezawodności procesu wskutek stosowania systemów monitorowania warunków pracy – niezaprzeczalnym przecież – a kwestiami ekonomicznymi: czas zwrotu inwestycji wydawał się ekonomistom zbyt długi, aby był sens wdrażać nowe rozwiązania.

Cooper natomiast twierdzi: – Spójrzmy na to z punktu widzenia osoby zarządzającej fabryką. Dział utrzymania ruchu skupia się na prawidłowym działaniu procesów produkcyjnych. Produkcja oceniana jest zatem na podstawie czasu niezawodnej pracy maszyn, jednakże cała fabryka na zewnątrz rozliczana jest poprzez wartość akcji. Pomiędzy tymi dwoma kryteriami (a dokładniej – ich pomiarem) nie ma fizycznego połączenia, nie ma nawet koncepcji na to, jak można je między sobą uzależnić.

Aktualnie zaczyna się to zmieniać, nawet jeżeli robi to niewielu. Cooper uważa: – Większe przedsiębiorstwa oraz te, które starają się wybić na rynku, są obecnie na bardzo wczesnym etapie wdrażania tego typu systemów. Znają ich potencjał, jednak jeszcze nie mają doświadczenia w tego typu inwestycjach.

Outsourcing

Scott Teerlinck, menedżer w Dziale Obsługi Fabryk w firmie Rockwell zauważa: – Rosnąca konkurencja oraz brak wykwalifikowanego personelu (chociażby z uwagi na przechodzenie na emeryturę), jak również cięcia na stanowiskach kierowniczych zmusiły wiele firm do zawierania kontraktów zewnętrznych na usługi związane z monitorowaniem warunków działania maszyn i zarządzanie zasobami. W ten sposób mogą skupić się na tym, na czym sami znają się najlepiej.

Schiltz natomiast dodaje: – Z punktu widzenia zarządzania zasobami zdecydowanie zarysowuje się wzrost liczby podpisywanych porozumień pomiędzy dostawcami a producentami– czegoś takiego jeszcze nigdy nie było.

Trend ten spowodował, że rynek monitorowania warunków / zarządzania zasobami osiągnął wielomiliardowe zyski. W 2005 roku firma ARC Advisory Group przewidziała, że światowy rynek PAM (Plant Asset Management – zarządzania zasobami przedsiębiorstwa) osiągnie łącznie 10% wzrost zysków przez kolejne 5 lat, od około 1,1 miliarda USD, do blisko 1,8 miliarda USD w 2009 roku.

Według analityków z firmy ARC: – Wspierane przez nowe inteligentne programy komputerowe systemy PAM ewoluują od aplikacji do predykcyjnego utrzymania ruchu, do kompletnego systemu informowania na temat stanu aktywów, przy jednoczesnym wykorzystywaniu właśnie funkcji diagnostycznych, rozszerzanych na wszystkie aspekty działania fabryki.

Najwięksi na rynku dostawcy systemów sterowania i zarządzania procesami dodają tego typu oprogramowanie do swojej już bogatej oferty. Firma Invensys Process Systems oferuje obecnie Avantis Pro – oprogramowanie EAM (do zarządzania zasobami przedsiębiorstwa) oraz InFusion Condition Manager – oprogramowanie do monitorowania warunków pracy. Firma Rockwell Automation oferuje oprogramowanie RAAMP, na które składa się między innymi zarządzanie procesami MRO oraz zarządzanie usługami związanymi z częściami zamiennymi. Firma Emerson Process Management maw swojej ofercie oprogramowanie PlantWeb – jego filozofia opiera się na detekcji problemów w działaniu procesów i oprzyrządowania, zanim jeszcze wystąpią – dzięki temu użytkownicy mogą zamiast reaktywnego, realizować zarządzanie proaktywne, prewencyjne. Monitorowanie warunków pracy aktywów działające w oddziale GE Bently w Nevadzie opiera się na oprogramowaniu GE Trendmaster Pro.

Jak twierdzi Cooper: – Podczas gdy jedne firmy zlecają większość lub wszystkie funkcje monitorowania warunków pracy i zarządzania aktywami wykonawcom zewnętrznym, inne postanawiają swoje krytyczne zasoby pozostawiać na miejscu, wynajmując jedynie obsługę z zewnątrz, zajmującą się utrzymaniem ruchu całej fabryki. W przypadku elektrowni właściciel może monitorować bojlery i turbiny, a na zewnątrz zlecać obsługę i monitorowanie: stanu chłodnic, podgrzewaczy, wież wentylatorowych oraz przepompowni.

Niedobór wiedzy

Niektórzy obawiają się, że wskutek rosnącego stopnia zleceń usług monitoringu i zarządzania aktywami do firm zewnętrznych pogorszy się i tak już niski poziom umiejętności inżynierów, pracujących w fabrykach. Co z wiedzą, tak niezbędną w praktyce ludzi odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie fabryki? Czy lepiej zlecać usługi firmom zewnętrznym? Czy lepiej szkolić i tym samym zwiększać poziom umiejętności technicznych swoich pracowników? Nie wiadomo, które rozwiązanie jest korzystniejsze.

Cooper dodaje: – Inżynierowie procesu tracą umiejętności wskutek zlecania usług firmom zewnętrznym, specjalizującym się w wybranych dziedzinach techniki. Niestety jest tak, że większość inżynierów, pracujących w fabrykach, ma tyle samo lat, co one. Większość zaczyna odchodzić na emeryturę.

Zdaniem Teerlincka: – Jednym z powodów obniżenia poziomu wiedzy technicznej pośród inżynierów jest brak prowadzenia koniecznych szkoleń. Powody tego mogą być różne: ekonomiczne lub demograficzne – należy jednak podkreślić, że obecnie średnio na dziesięciu odchodzących pracowników, do pracy przyjmowanych jest od trzech do siedmiu.

David Ochoa, dyrektor działu planowania i zarządzania aktywami w firmie Emerson Process Management uzupełnia: – Szkolenia są nieodłącznym elementem usług, dostarczanych wraz z systemami zarządzania aktywami. Dla nas jest bardzo ważne, aby przyszli użytkownicy korzystali z dostarczanego przez nas sprzętu i oprogramowania świadomie, bez obaw, że popełnią jakiś błąd. Samozapoznanie się z oprogramowaniem to nie wszystko. Wprowadzaliśmy do systemu stany / sytuacje awaryjne / alarmowe, które normalnie w danym procesie zwykle nie mają miejsca – jest to jeden z elementów szkolenia obsługi – systemy automatycznego reagowania zostają odłączone – badane są jedynie reakcje obsługi.

Jak mówi Teerlinck: – Firmy outsourcingowe, zajmujące się zarządzaniem zasobami zauważają ten problem. Podczas świadczenia swoich usług starają się wykorzystywać członków obsługi procesu, włącznie z zatrudnianiem (na zasadach zlecenia) pracowników fabryki, w której na co dzień pracują. Dostarczają na miejsce (do fabryki, w której zajmują się zarządzaniem aktywami) swoich najlepszych ekspertów nie tylko po to, by dokonywali czynności związanych z samym monitorowaniem i zarządzaniem, ale również zwiększali poziom techniczny aktualnej obsługi procesu.

Widać z tego wszystkiego, że monitorowanie warunków pracy oraz zarządzanie aktywami nie jest jedynie rozwiązaniem opcjonalnym dla większości firm – jest już jednym z podstawowych elementów ich funkcjonowania. Na szczęście oznacza to, że w niedługim czasie staną się znacznie bardziej wydajne. Jeżeli chcecie Państwo wdrażać tego typu rozwiązania – uczcie się od tych, którzy przeszli już przez najtrudniejsze etapy – korzystajcie z ich bogatych doświadczeń.

ce

Artykuł pod redakcją
dra inż. Krzysztofa Pietrusewicza,
adiunkta w Instytucie Automatyki
Przemysłowej Politechniki Szczecińskiej


Narzędzia do monitorowania warunków działania

Główni dostawcy systemów sterowania i zarządzania procesami dodają do swojej oferty narzędzia, służące monitorowaniu i zarządzaniu warunków pracy:

  • Invensys Process Systems – Avantis PRO (EAM – Enterprise Asset Management – oprogramowanie do zarządzania aktywami w przedsiębiorstwie), InFusion Condition Manager (www.avantis.net, www.infusionecs.com);
  • Rockwell Automation RAAMP – zarządzanie procesem MRO, zarządzanie usługami związanymi z częściami zamiennymi (www.rockwellautomation.com);
  • PlantWeb – oprogramowanie dla wspierania działania cyfrowej architektury fabryki, dzięki któremu problemy są wykrywane na tyle wcześnie, że możliwe stało się prowadzenie zarządzania proaktywnego w miejsce reaktywnego (www.emersonprocess.com);
  • GE Trendmaster Pro – system monitorowania warunków pracy (www.bently.com);
  • oprogramowanie Flowserve – pakiet oprogramowania dla celów zarządzania aktywami, takimi jak: zawory, elementy wykonawcze, pozycjonery (www.flowserve.com);
  • oprogramowanie firmy Matrikon: ProcessMonitor Advanced Process and Equipment Monitoring, Control Asset Performance Management (www.matrikon.com).