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过程自动化进入新阶段——从过程控制转向性能控制

来源:控制工程网2021.06.28阅读 4123

  运营技术(OT)层面的优化,需要与企业的更高层级共享结果,并从那里接收反馈,以实现最佳性能。通过将IT与OT集成,以在制造企业内的各个级别之间共享数据和信息,有助于实现利润驱动式运营(PDO)。
  利润驱动式运营通过实时的生产绩效改进,来帮助过程工业企业从管理层到工厂车间实现运营利润的最大化。例如,通过获取由工厂管理层每周或每月监视的生产性能指标控制工程网版权所有,并使用行业最佳实践将这些指标细分为技术和运营级别,以创建"触连绩效指标"(SPI)。
  这些SPI通过来自分布式控制系统(DCS)的大数据进行实时计算并予以显示。该信息通过提供性能报警、指导消息和性能平衡分数,使运行人员、工程师和高层管理人员保持一致,从而可以提高生产性能。使用诸如云之类的IT技术,可以合并咨询服务,通过对历史生产性能参数进行分析CONTROL ENGINEERING China版权所有,来发现生产性能改进的机会。

图1:为装置定制SPI,然后在工厂的各个层级对其进行管理,以优化生产、利润、能源利用、可靠性和安全性。图片来源:横河电机

  这就要求将OT方面的专业知识与工业物联网(IIoT)和其它IT技术,以及过程行业的最佳实践相结合,以实现过程工厂生命周期内的生产性能优化。
  某些过程工厂人员在刚接触利润驱动式运营时,可能会将其与先进过程控制(APC)和优化相混淆。实际上,工厂可并行实施所有这三种技术。APC用于控制多个控制回路以进行部分过程优化,例如提高产量或减少损失。优化用于管理整个过程的多个APC实例。
  APC和优化是非常强大的技术,但是如果不更新模型,它们可能无法起作用,并且由于缺乏深刻的了解,经常容易在操作员交接时被关闭。利润驱动式运营通过可视化相关SPI和权衡取舍,帮助操作员了解APC的有效性和优化,从而解决了这些问题,使他们能够做出及时更新所需的决策。
  在整个企业中管理SPI
  利润驱动式运营解决方案利用来自DCS的实时、准确的工厂大数据,并将这些数据与行业知识相集成以创建SPI。这些SPI与从工厂运营到工厂管理的整个流程都紧密相连,就像人体使用突触来连接神经一样。
  SPI包含5个主要管理目标:生产、利润、能源、可靠性和安全性,涵盖了过程工厂的4个层级:领导、管理、技术和运营(图1)。SPI的创建需要对过程工厂的运行有广泛的专业知识。例如,通过运用数百年的集体经验和专业知识,一家过程控制系统提供商,为炼油厂运营设计了2800多个SPI,为乙烯运营构建了800多个SPI。这就需要在宏观工厂管理目标和微观SPI之间建立关联,以创造持久的价值。因为每个过程工厂都各不相同,因此必须针对每种工况定制SPI。

图2:实时仪表盘提供了工厂各个层级所需的信息。

  SPI仪表盘配置
  一旦成功创建SPI之后,下一步就是配置仪表盘。利润驱动式运营软件使用SPI来配置不同类型的实时SPI仪表盘(图2)。每个过程装置的主页仪表盘,都概述了与生产、利润、能源、可靠性和安全性这5个管理目标相关的性能。该仪表盘通过显示哪些目标处于报警状态,以及解决每个问题可能需要取舍哪些SPI,从而帮助用户可视化管理目标之间的SPI平衡。
  这些仪表盘可用于改善运营,因为每个仪表盘均提供当前状态的指示以及改进建议。利润驱动式运营软件将所有这些仪表盘连接在一起控制工程网版权所有,以协调工厂组织各个层级之间的行动。通过提供性能报警、指导消息和性能平衡分数,帮助领导、管理、技术和操作人员保持一致,以提高生产性能。
  运营和技术人员依靠OT来查看仪表盘并采取措施;管理层和领导经常使用IT来查看仪表盘并提供建议。因此,IT/OT集成至关重要,因为它允许信息在企业的各个层级进行实时通信。
  IT/OT集成对于使远离工厂的外部专家也能提供咨询服务至关重要。云、数字孪生和其它IT服务,使工厂数据可以在全球范围内进行通信。专家会分析这些数据,并向工厂提供建议以进行进一步的改进。

图3:亚洲的一家气体分离厂安装了一个现场横河PDO解决方案,并将其连接到现有的横河Centum VP DCS系统,基于云的部署带来跟多可能性。

  从过程控制到性能控制
  利润驱动式运营旨在通过SPI的实时管理控制工程网版权所有,来帮助最终用户从过程控制转向性能控制。除了实时利润最大化外,它还可以用作工厂运营和技术人员的培训工具,向其展示推动运营盈利的管理观点。通过探索和共同创造的方法,利润驱动式运营可以应用于任何过程工厂,实施过程只需几个月即可完成。
  例如,亚洲的一家天然气企业为工厂创建了589个SPI,涵盖组织的4个层级和5个管理目标。创建SPI是一个严格的过程,首先从用于气体分离厂的SPI模板开始。然后经过主题专家领导的咨询阶段,潜在的改进领域和相关SPI就变得清晰起来。
  接着举行SPI选择研讨会,工程师们利用研讨会的结果来确定SPI,并将所有参数和信息输入到利润驱动式运营系统中,这一过程大约需要一个月。在现场安装了利润驱动式运营系统以后,工厂人员开始使用利润驱动式运营仪表盘。从头到尾,整个实施过程仅需两个月。可将利润驱动式运营系统连接到现有的DCS,用于高速双向数据交换。
  该工厂可以在运行人员控制台屏幕上、连接到运行web浏览器的公司IT网络的任何笔记本电脑或PC上控制工程网版权所有,实时监视所有运营仪表盘(图3)。实时SPI自动存储在利润驱动式运营系统中以提供长期访问,并且这些SPI可以手动或自动与远程专家共享。这些专家还可使用过程模拟器分析历史SPI,然后与工厂人员进行研讨会,以提出快速共赢的建议。通过节能以及对运营的进一步优化,为企业发掘价值高达50万美元的潜在改进机会。
  利润驱动式运营系统支持web客户端,可为任何支持web浏览器的设备提供实时访问。该天然气加工厂的示例将应用限制为厂内网络,但在将来,可以通过连接到互联网来增加全球访问权限。将利润驱动式运营系统连接到云,从而允许远程专家从外部进行访问,企业人员也可以进行远程访问。对于这些应用,可将web人机界面(HMI)服务器安装在云中,并连接到云托管的历史数据库。
  除了从外部远程访问以获取专家建议外,基于云的结构还使企业可以同时管理多个工厂,并根据每个工厂的变量(例如当前能源和原材料价格),优化所有工厂的利润。当前,全球诸多装置中都在使用AI机器学习技术的数据分析工具。这使工厂可以快速整理大量数据并发现改进机会。(作者:Yasunori Kobayashi)
  "数据分析工具使用基于人工智能的机器学习技术。这样一来,工厂就可以快速整理大量数据,并发现改进的机会。"
  关键概念:
  ·利润驱动式运营通过实时的生产绩效,帮助过程工业企业实现运营利润的最大化。
  ·整合IT和OT对于最大化利润驱动式运营在工厂车间的潜力至关重要。
  思考一下:
  您的工厂可以从利润驱动式运营中获得哪些具体收益?

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