Symulatory procesów – USA

W opinii respondentów trening operatora jest najważniejszym sposobem wykorzystania oprogramowania do symulacji procesów produkcyjnych.
Choć symulacja komputerowa może przyjąć wiele form, to w wykorzystaniu przemysłowym jednym z najpopularniejszych zastosowań jest zastąpienie przez komputer i symulacja na nim rzeczywistego procesu produkcyjnego. Chcąc dowiedzieć się, kto i w jaki sposób wykorzystuje tego typu oprogramowanie, redakcja amerykańskiego Control Engineering postanowiła przeprowadzić stosowną ankietę, w wyniku której uzyskano 137 odpowiedzi.

Pierwsze trzy odpowiedzi na pytanie: ?Dlaczego firma wykorzystywała symulatory procesu?? skupiały się wokół tematyki szkoleniowej:

  • aby szkolić nowych operatorów (52,6%),
  • aby nauczyć się przeprowadzania nowych nieznanych operacji (44,5%),
  • aby chronić sprzęt, mając lepiej wyszkolonych operatorów (41,6%).

Przechodząc do analizy odpowiedzi na kolejne pytanie: ?Czy symulacje procesu były prowadzone również w innym celu??, stwierdzamy, że najczęściej podawanym powodem (61,3%) było ?zwiększenie wydajności/niezawodności procesu?. Jak widać, idea wykorzystania bezpiecznego narzędzia do testowania możliwości usprawnienia procesu, bez zagrożenia uszkodzeń sprzętu czy strat w produkcji, jest bardzo pociągająca. Poza tym kreatywność ankietowanych szybko się kończy, gdyż drugą co do ilości odpowiedzią na to pytanie (32,1%) było ?nie wiem? lub ?nie?. Prawie jedna czwarta (22,6%) odpowiedzi wskazywała na ?analizę niezawodności, zarządzanie zamówieniami, planowanie wydajności itd.?
Jedne z bardziej ciekawych odpowiedzi dotyczyły producentów symulatorów. Okazuje się, że żaden z dostawców nie obsługiwał więcej niż 10% badanych firm. Suma udziału w rynku pierwszych czterech producentów wynosiła 25,6%. To, co na wykresie określono jako ?inne?, składa się ze zsumowania wskazań na co najmniej 40 różnych firm. Ponadto wiele z ankietowanych firm przygotowywało symulatory we własnym zakresie, co określone jako ?stworzone wewnętrznie? stanowiło drugie co do wielkości pochodzenie oprogramowania. Wybrane cechy funkcjonalne otwierają listę (49,6%) odpowiedzi na pytanie: ?Co skłoniło cię do wyboru tego, a nie innego dostawcy oprogramowania??. Innymi wskazywanymi motywatorami były ?koszty? (34,3%) i ?znajomości i doświadczenia uniwersyteckie? (28,5%).
Trening nazastrzeżonych modelach procesów
Biorąc pod uwagę dwa główne powody prowadzenia symulacji, czyli trening operatorów i poprawę produkcji, niezwykle istotnym aspektem jest zapewnienie tak dużego, jak to tylko możliwe, stopnia poprawności i realności programu symulacyjnego. 62,0% badanych na pytanie: ?Czy wykorzystywane środowisko symulacyjne zawiera zastrzeżone przez ich producentów modele sprzętu lub procesów termodynamicznych??, odpowiedziało twierdząco. Dodatkowo 51,8% respondentów dodało, że ich systemy symulacyjne wykorzystują aktualny graficzny interfejs operatora używanego systemu DCS/SCADA zamiast typowych interfejsów dołączanych do oprogramowania symulacyjnego.
W ankiecie pytano również, jakie zadania i operacje były ćwiczone z użyciem symulatora. Pytanie to wymagało odpowiedzi pisemnej i przez to były one różne, ale często wskazywały na wszystkie elementy procesu. Znajdujemy tu komentarze typu: ?Wszystko w DCS-ie jest możliwe do symulacji?, ?Wszystkie zadania operatorów mogą być testowane? czy ?System pozwala zasymulować ok. 90% możliwych do wykonania na procesie operacji.?
Jeden z pytanych napisał: ?Symulator emuluje tablicę rozdzielczą i ma wygląd i daje poczucie rzeczywistego elementu fabryki. Ponieważ mamy do czynienia z chemikaliami, możemy przeprowadzać sesje treningowe, podczas których operatorzy nabierają doświadczeń w prowadzeniu procesów w stanach wyjątkowych i ćwiczą, co należy zrobić, aby zapobiec lub zminimalizować skutki niepożądanego przebiegu procesu. Przy niezawodności procesu sięgającej 99% i z 50% załogi posiadającej pięcioletnie i krótsze doświadczenie, jest naszym obowiązkiem wykorzystywanie symulatora na tyle często, aby zwiększyć doświadczenie operatorów, którego w inny sposób nie zdobędą. Ta aplikacja przyspiesza wymagany proces szkolenia i daje nowym operatorom pewność przy podejmowaniu właściwą decyzję we właściwym czasie?.
Tradycyjni użytkownicy
Większość symulatorów używanajest w przemyśle ciężkim, chemicznym i petrochemicznym (54,7%). Kolejne miejsca zajmują przemysł spożywczy 5,8% i farmaceutyczny 2,9%. Jak widać, grupa pozostałych użytkowników symulatorów jest całkiem spora i wynosi 36,5%.
Wartość symulacji
Pytani ?jaką wartość miały prowadzone symulacje??, respondenci odpowiadali w różny sposób, dzieląc się rozmaitymi obserwacjami, w tym dotyczącymi szkolenia i testów:

  • Przeprowadzenie testu daje operatorowi możliwość poznania, zrozumienia i docenienia swojej roli w procesie daleko bardziej, niż może to osiągnąć dzięki instrukcji.
  • Nowi operatorzy mogą zdobywać doświadczenia procesowe bez zagrożenia utraty produkcji.
  • Symulacje stanowiły dużą część całego szkolenia (w ostatnim roku zatrudniliśmy 15 operatorów zastępujących osoby odchodzące na emeryturę). W tym roku planujemy rozszerzenie tej formy szkoleń.
  • Lepiej wyszkoleni operatorzy, w szczególności ci szybko awansujący na skutek odejść na emeryturę pracowników wyższego szczebla.
  • Nowi operatorzy uczą się znacznie szybciej, jak sterować procesem. Poznają zachowanie obiektu i ich rolę w oddziaływaniu na proces. Doświadczeni operatorzy poznają na bieżąco wszelkie nowości techniczne i technologiczne.
  • Dzięki treningowi sytuacji awaryjnych zmniejszył się stopień zagrożenia i długość trwania stanów awaryjnych procesu.
  • Możliwość przetestowania konfiguracji sprzętowej i oprogramowania systemu sterowania.
  • Możliwość przetestowania wielu scenariuszy sterowania i ocenienia, czy testowany układ sterowania spełnia oczekiwania operatorów.
  • Skrócenie czasu wdrożenia dla nowych systemów DCS i SIS.
  • Weryfikacja poprawności konfiguracji systemu.
  • Projektowanie i rozwój systemu sterowania.

Uaktualnienia oprogramowania
Każde oprogramowanie, od którego oczekuje się wiernego odwzorowania procesu, musi być na bieżąco modyfikowane i uzupełniane. Pytani o regularność takich modyfikacji, użytkownicy udzielili wielu różnych odpowiedzi, od stałych modernizacji do ?niemodyfikowany od pięciu lat?. Część poinformowała, że ich symulatory są dostosowywane na potrzeby konkretnych projektów i usprawnień systemów sterowania. Inne z wybranych odpowiedzi to:

  • Jak na razie uaktualniany na potrzeby bieżących projektów. Przewiduje się użycie systemu w nadchodzących projektach i możliwą rozbudowę do symulacji całego procesu.
  • Symulator nie jest uaktualniany regularnie ze względu na ograniczone środki. Jest uaktualniany na potrzeby nowych projektów.
  • Był uaktualniany tak długo, jak długo wnoszono poprawki do układu sterowania. Po całkowitym wdrożeniu pozostaje bez zmian i służy do okresowych szkoleń operatorów.
  • Klienci doceniający symulacje będą uaktualniać swoje symulatory. W obecnej sytuacji ekonomicznej ci niedoceniający nie będą w ogóle zainteresowani takim produktem.
  • Zawsze będzie opóźnienie pomiędzy modyfikacją systemu a modernizacją symulatora. Dla każdej dużej zmiany systemu modyfikacja symulatora jest traktowana jako część pro-
    jektu.

Rady od tych, którzy wykorzystują symulatory
Na końcu naszej ankiety zapytaliśmy: ?Co jeszcze mógłbyś powiedzieć na temat twoich doświadczeń z oprogramowaniem do symulacji procesu? Czy jest ono warte inwestycji czy nie??
Odpowiedzi zawierały wiele interesujących wskazówek:

  • Nie projektuję żadnego układu sterowania bez przeprowadzenia symulacji. To jest niezastąpione narzędzie weryfikacji systemu DCS i szkoleń operatorów w każdym nowym zakładzie. Niemal niezbędne do testowania układów sterowania dla procesów wsadowych.
  • 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.
  • Uchronienie się przed awaryjnym wyłączeniem procesu zwraca koszty inwestycji.
  • Ogólne wrażenie jest takie, że jeśli symulacja nie dotyczy bardzo skomplikowanych reakcji chemicznych, to nasze laboratorium jest w stanie dostarczyć danych, na bazie których dobierzemy strategię sterowania.
  • Nie oczekuj szybko efektownych rezultatów.
  • Oprogramowanie to zwiększa o 25% koszty projektowania systemu sterowania, ale pozwala oszczędzić czas podczas wdrożeń.
  • Przy wysokich kosztach naszych produktów oprogramowanie to jest dobrym sposobem ograniczenia ryzyka strat.
  • Symulator procesu może być wykorzystywany przez przedsiębiorstwo, które będzie w stanie zapewnić zasoby do jego wykorzystania, wsparcie techniczne i uaktualnienia.
  • Dla naszych małych fabryk komercyjne oprogramowanie jest za drogie, a jego konfiguracja zajmuje zbyt wiele czasu.
  • Warto w to zainwestować, ale władze firmy muszą przeznaczyć czas na treningi i pełne wykorzystanie systemu. Inaczej nie przyniesie żadnych korzyści.
  • Jeśli nie ma konkretnego celu wykorzystania symulatora, to jego przydatność będzie raczej niewielka.

Inwestycja w symulator procesu jest sensowna szczególnie wtedy, gdy zatrudniasz wielu nowych pracowników, zarówno operatorów, jak i inżynierów, którzy muszą zapoznać się nie tylko z diagramem przepływów surowców, ale i dynamiką procesu. Zrozumienia wymagają przede wszystkim stany dynamiczne procesów, szczególnie dla procesów chemicznych.
Jak każde narzędzie, jeśli tylko jest właściwie wykorzystywane, może przynieść wiele korzyści. Inaczej, szkoda zachodu. Jasne cele oraz odpowiednie zasoby mogą przynieść właściwe rezultaty.