Symulatory procesów – Polska

W procesach technologicznych i bezpieczeństwie ich przebiegu błędy są niedopuszczalne. Warto więc zadać pytanie: jak szkolić kompetentnych operatorów procesów? Trudno przecież wyobrazić sobie szkolenie operatora na faktycznie biegnącym procesie, który jest strategiczny dla fabryki.
W zakresie symulatorów procesów redakcja Control Engineering Polska przeprowadziła ankietę wśród czytelników czasopisma. Należy zaznaczyć, że identyczna ankieta została przeprowadzona przez amerykańskie wydanie CE w marcu 2010 r. Stąd też interesująca wydaje się być próba zestawienia wyników obu ankiet, wskazania w nich zarówno zgodności, jak i rozbieżności.

Symulator procesu może być stosowany w przedsiębiorstwie z odpowiednio dużą kadrą operatorów. Przedsiębiorstwo powinno być też na tyle duże, by było w stanie udźwignąć koszty wsparcia technicznego i uaktualnień
Gdzie i na co
W pierwszej kolejności zapytano czytelników, w jakim celu stosowane są symulatory procesów. Wspólnym mianownikiem w obu ankietach były aspekty szkoleniowe. W Polsce symulatory procesów są używane w pierwszej kolejności do szkolenia i nauki nowych, niestandardowych operacji. Amerykanie jako podstawowe zadanie tego typu oprogramowania wymieniają szkolenie nowych operatorów. W obu ankietach zgodnie wskazywano na korzyść w postaci ochrony maszyn i urządzeń poprzez lepsze wyszkolenie personelu.
Analizując wyniki ankiety, można stwierdzić, że w Polsce symulatory procesów cieszą się większym uznaniem niż w Stanach Zjednoczonych. Nasuwa się pytanie: skąd się bierze taki stan rzeczy? W dużej mierze wynika on stąd, że w Polsce wybudowano w ciągu ostatnich lat wiele obiektów przemysłowych. Najczęściej bazują one na nowoczesnych technologiach wytwarzania. Kluczową rolę odgrywa zatem odpowiednie wyszkolenie personelu, który sprostać miał obsłudze nowoczesnych i niejednokrotnie skomplikowanych urządzeń przemysłowych, bazujących głównie na automatyce, a co za tym idzie informatyce.

Jako przyczynę stosowania symulatorów procesów Amerykanie podają również wymagania prawne. Polscy czytelnicy odpowiedzi takiej nie udzielili. Wynikać to może z sytuacji, że czytelników biorących udział w ankiecie takie uwarunkowania prawne nie dotyczyły lub w Polsce nie ma przepisów wymuszających stosowanie symulatorów.
Szkolenie to jeszcze nie wszystko
Analizując dalsze wyniki badań, można stwierdzić, że używanie symulatorów procesów do innych celów niż szkoleniowe jest niewielkie lub świadomość takiej możliwości jest niska. Co prawda zgodnie z ankietą wynik w polskich zakładach jest lepszy niż w Stanach Zjednoczonych, to jednak odpowiedź: „nie stosujemy takiego oprogramowania w innych celach” plasuje się wysoko. W obu ankietach na pierwszej pozycji wymienia się używanie symulatorów procesów do poprawy jakości i niezawodności sterowania. Jak twierdzą Polacy, oprogramowanie tego typu używane jest także do łagodzenia skutków awarii i/lub poprawy wizerunku. W następnej kolejności do analizowania niezawodności, zarządzania popytem, planowania wydajności itd. Na ostatnim miejscu wymienia się planowanie alokacji zasobów. Nieco odmienne zdanie w tej kwestii mają Amerykanie. Na drugim miejscu wymienia się bowiem wspomniane już „nieużywanie symulatorów do innych celów". W następnej kolejności podaje się analizowanie niezawodności, potem planowanie alokacji zasobów i łagodzenie skutków awarii i/lub poprawa wizerunku.

Komu symulator
Jedno z pytań ankiety dotyczyło branży przemysłu, w której używany jest symulator. Wyniki polskiej edycji ankiety są jednoznaczne i pozwalają na sformułowanie wniosku: najwięcej symulatorów procesów używa się w energetyce, a potem w przemyśle spożywczym i petrochemicznym. Kolejne odpowiedzi miały pojedynczy charakter.
Wymieniano przemysł chemiczny i ciężki, a następnie informatyczny oraz produkcję kabli i uczelnie wyższe.
W jakich branżach przemysłu symulatory procesów używane są przez Amerykanów? Interesujące jest, że czytelnicy CE ze Stanów Zjednoczonych w ogóle nie wymieniali branży energetycznej, która dominująca jest w polskiej edycji ankiety. Przemysł ciężki, chemiczny i petrochemiczny stanowi około 57%, zaś spożywczy 5%. Oprócz tego w amerykańskich zakładach z branży farmaceutycznej również używa się symulatorów procesów. Zastanawia, dlaczego czytelnicy Control Engineering z USA jako dominującej nie podali branży energetycznej. Mało tego, w ogóle nie była ona uwzględniona w odpowiedziach. Zrozumiała jest chociażby konieczność stosowania symulatorów procesów w elektrowniach. Dobry przykład stanowi tutaj proces nawęglania. Dyspozytor nawęglania odpowiedzialny jest za zapewnienie odpowiedniej ilości paliwa w postaci miału węglowego i biomasy do zasobników. Operator musi zadbać o ciągłość procesu nawęglania oraz o koordynowanie pracy poszczególnych urządzeń. Są to przede wszystkim przenośniki, zwałowarki, wagi, wózki wygarniające, przesypy itp. Co prawda urządzenia działają w ramach kompleksowego systemu automatyki, to jednak trudno sobie wyobrazić szkolenie operatora na faktycznie biegnącym procesie. Każda awaria, błąd, czy też przestój może się zakończyć nawet koniecznością tzw. odstawienia generatora elektroenergetycznego. Być może przemysł energetyczny w Stanach Zjednoczonych jest bardziej zaawansowany technicznie niż w Polsce i tego typu procesy odbywają się tam bez udziału operatora.
Ankietowani pytani o czynności, jakie są wykonywane na symulatorach procesów, wymieniali przede wszystkim start, zatrzymanie instalacji, badanie ewentualnych skutków awarii aparatów. Za pomocą symulatorów trenowane są również operacje związane z ważeniem i sortowaniem. Nie mniej istotne pozostaje również planowanie procesu technologicznego. Ze względu na to, że w Polsce w dużej mierze symulatory procesów znajdują zastosowanie w energetyce, wymieniano właśnie czynności z nią związane – na przykład rozruch turbin i bloków energetycznych, czy też analizowanie sprawności energetycznej. Warto podkreślić, że wszystkie odpowiedzi dotyczyły kluczowych procesów dla obiektu przemysłowego.
Doświadczenia z symulatorami
Jedno z pytań ankiety brzmiało: Co jeszcze mogłaby Pani/Pan powiedzieć na temat swoich doświadczeń z oprogramowaniem do symulacji procesu? Czy jest ono warte inwestycji czy nie? Pytanie to miało charakter opisowy.
W polskiej edycji ankiety podkreśla się bez słowa krytyki, że symulatory procesów są warte inwestycji. Wybrane odpowiedzi to:

  • Oprogramowanie do symulacji procesu jak najbardziej jest warte poniesionych kosztów, niejednokrotnie zastosowanie symulacji procesu umożliwiło wyjaśnienie obsłudze wszystkich postępowań w razie awarii, nie wymuszając na zakładzie produkcyjnym zatrzymania procesu technologicznego i symulowania awarii,
  • Bez kosztownych eksperymentów na prawdziwym procesie,
  • Zależnie od procesu,
  • Wprowadzenie symulacji wymaga stanowczej zmiany w metodyce prowadzenia projektów, generuje również nowe problemy, jednakże w długim okresie zdecydowanie jest korzystne,
  • Konieczność w przypadku takich obiektów, jak przepompownie magistralne lub sieciowe systemów ciepłowniczych,
  • Jest to dosyć kosztowne oprogramowanie, warte inwestycji przy szerszym obowiązkowym zastosowaniu,
  • Z pewnością warte inwestycji, czas poświęcony na naukę zachowania się instalacji produkcyjnej na symulatorze zwraca się podczas pracy na rzeczywistym obiekcie, mniej zatrzymań awaryjnych, mniej produktów niespełniających parametrów jakościowych, większa pewność operatorów procesu,
  • Uważam ten typ oprogramowania za bardzo przydatny zarówno w procesie wdrażania nowego pracownika, jak i doszkalania pracujących już osób, oprogramowanie warte jest nakładów inwestycyjnych,
  • Oczywiście, że jest warte inwestycji,
  • Warte w późniejszych etapach, gdy produkcja już trwa, a potrzebna jest jej optymalizacja.

Amerykańscy czytelnicy CE w ankiecie wymienili kilka wskazówek dotyczących użytkowania symulatorów procesów. Przede wszystkim podkreślano, że dzięki nim zyskuje się zabezpieczenie przed awaryjnym wyłączeniem procesu. Zwracano uwagę, że oprogramowanie to zwiększa o 25% koszty projektowania systemu sterowania, ale pozwala oszczędzić dużo czasu podczas wdrożenia. W przypadku wysokich kosztów produktów oprogramowanie to jest dobrym sposobem na ograniczenie ryzyka strat. Symulator procesu musi być stosowany przez na tyle duże przedsiębiorstwo, które będzie w stanie zapewnić zasoby do jego wykorzystania, wsparcie techniczne i uaktualnienia, inaczej szybko będzie przestarzały. Zdarzały się również negatywne odpowiedzi. Były wśród nich na przykład:

  • Jeśli nie ma konkretnego celu wykorzystania symulatora, to jego przydatność będzie raczej niewielka,
  • Nie oczekuj zbyt szybko efektownych rezultatów,
  • W przypadku małych fabryk komercyjne oprogramowanie jest za drogie, a jego konfiguracja zajmuje zbyt wiele czasu,
  • Problemów przysparza współpraca z wieloma dostawcami urządzeń, jako że każdy z nich oferuje symulator pewnej niewielkiej, obsługiwanej przez niego cząstki procesu, powinno to być uwzględnione przy planowaniu kosztów całego przedsięwzięcia.

Korzyści
Ankietowani pytani o korzyści wynikające ze stosowania symulatorów procesów byli zgodni w kwestii ich przydatności podczas szkoleń. Jednak odpowiedzi ankietowanych zza oceanu były daleko idące, bowiem skupiały się one również na kwestiach technicznych i doskonalących system sterowania. Dzięki symulatorom zyskuje się chociażby możliwość przetestowania konfiguracji sprzętowej i oprogramowania systemu sterowania, projektowanie i rozwój systemu sterowania, skrócenie czasu wdrożenia dla nowych systemów DCS i SIS oraz weryfikację poprawności konfiguracji systemu. Polacy podkreślali z kolei aspekty finansowe.
Wyniki ankiety pozwalają stwierdzić, że o przydatności symulatora decyduje możliwość jego pracy na procesie, który jest identyczny w porównaniu z rzeczywistym. Wynika to stąd, że ankietowanym postawiono pytanie: czy wykorzystywane środowisko symulacyjne zawiera zastrzeżone przez ich producentów modele sprzętu lub procesów termodynamicznych? Ponad 53% ankietowanych odpowiada twierdząco. Bardzo podobny wynik uzyskała redakcja amerykańskiego CE.
Aktualizacja oprogramowania
Ankietowani z Polski nie stwierdzili jednoznacznie, po jakim czasie powinno być aktualizowane oprogramowanie. Może to być spowodowane tym, że nie istnieją jeszcze wypracowane procedury i standardy w tym zakresie. Zdarzają się systemy, które są trudne pod kątem wprowadzania zmian. W niektórych przypadkach symulatory są na tyle świeżymi inwestycjami, że zmiany nie były jeszcze wprowadzane. Symulator może być programowany w wirtualnym sterowniku. Zdarzają się przypadki, w których można napisać własne bloki funkcyjne w C++. Podaje się również, że są wersje oprogramowania z zamkniętą funkcjonalnością. W takim przypadku natychmiast nasuwa się pytanie, w jaki sposób doskonalić proces oraz wprowadzać w nim ewentualne zmiany i udoskonalenia?
Podkreśla się, że zmiany dokonywane są poprzez korektę po zebraniu danych z procesu. W opinii ankietowanych celem aktualizowania oprogramowania symulatory integrowane są z systemami SCADA.
Amerykanie podkreślają konieczność aktualizowania symulatorów. Jednak i w tym przypadku nie ma jednoznaczności i trudno mówić o jakichkolwiek trendach i tendencjach. Czytelnicy CE ze Stanów Zjednoczonych twierdzą bowiem, że oprogramowanie aktualizowane jest od „stale” do „pięciu lat”. Czasami aktualizacje są ograniczane ze względu na ograniczone środki finansowe.
Rynek dostawców
Jedno z pytań ankiety dotyczyło dostawców symulatorów procesów. Warto podkreślić, że w tym przypadku mówić można o globalnych dostawcach, takich jak Siemens, Invensys oraz Honeywell Process Systems. Wynika to stąd, że firmy te zostały wymienione zarówno przez ankietowanych z Polski, jak i z USA. Jako dostawców w Polsce ankietowani wymienili Anylogic, Invensys, ASKOM, Modelica, CAS Mariusz Postół, a także Real Games oraz Allan Bradley. Amerykanie wymienili Invensys, SimSci-Esscor, Emerson oraz Mynah. Około 17% ankietowanych ze Stanów Zjednoczonych nie wie, kto jest dostawcą oprogramowania. Należy podkreślić, że bazując na wynikach polskiej edycji ankiety nie da się wyznaczyć trendów czy tendencji. Odpowiedzi miały charakter pojedynczy. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że symulatory, które są używane w Stanach Zjednoczonych, znajdują również zastosowanie w polskich fabrykach.

Źródło: Ankieta Control Engineering Polska