过程自动化进入新阶段——从过程控制转向性能控制

日期: 2021-06-29

来源:控制工程中文版

作者:Yasunori Kobayashi


 

要使过程工厂的利润最大化,就需要在企业的各个层级进行更紧密的IT/OT集成。


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,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,来发现生产性能改进的机会。


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。


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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


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。


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图2:实时仪表盘提供了工厂各个层级所需的信息


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,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。


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,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,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。


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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,基于云的部署带来更 多可能性


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。


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