Защо устойчивостта се превърна в бизнес императив за производителите

Устойчивостта се е развила далеч отвъд спазването на екологичните изисквания. Днес тя влияе върху корпоративната стратегия, оперативната ефективност, доверието на инвеститорите, управлението на веригата за доставки и дългосрочната рентабилност. Производителите са изправени пред нарастващ натиск от правителства, клиенти, инвеститори и регулаторни органи да намалят емисиите, като същевременно запазят производителността и конкурентоспособността си.

През последното десетилетие промишлените организации са инвестирали милиарди долари в програми за устойчивост. Много компании са обявили цели за въглеродна неутралност, инициативи за възобновяема енергия и ангажименти към опазването на околната среда. Постигането на тези цели обаче изисква много повече от закупуване на въглеродни компенсации или инсталиране на системи за възобновяема енергия.

Реалните подобрения в устойчивостта се постигат в производствените предприятия. Те са резултат от по-добри оперативни решения, повишена надеждност на активите, оптимизирани производствени процеси и интелигентно използване на промишлени технологии.

За производителите устойчивостта в крайна сметка е предизвикателство, свързано с ефективността. Всеки напразно изразходван киловатчас, всяко ненужно спиране на машина, всеки неефективен технологичен цикъл и всяка повреда на оборудване допринасят за по-високи оперативни разходи и по-голямо въздействие върху околната среда.

Организациите, които отбелязват най-голям напредък, са тези, които разглеждат устойчивостта като оперативна стратегия, а не като екологично задължение.

Фигура 1. Производителите са изправени пред нарастващ натиск да подобрят устойчивостта, като същевременно запазят оперативните показатели.

Скритата цена на остаряващата промишлена инфраструктура

Една от най-големите пречки пред устойчивото производство е остарялата инфраструктура. В енергетиката, нефтената и газовата промишленост, пречистването на води, химическата промишленост, минното дело и общото производство предприятията продължават да експлоатират оборудване, инсталирано преди десетилетия.

Много от тези системи остават надеждни. Те обаче са проектирани в период, когато на енергийната ефективност, намаляването на въглеродните емисии и цифровата оптимизация се е обръщало значително по-малко внимание, отколкото днес.

Остарялото оборудване често не разполага с:

• Възможности за мониторинг на енергопотреблението в реално време
• Разширена диагностика
• Функционалност за прогнозна поддръжка
• Съвременни комуникационни протоколи
• Интегрирани инструменти за отчитане на устойчивостта

Подмяната на цялото предприятие рядко е практична. Мащабните проекти за модернизация изискват значителни капиталови инвестиции и могат да създадат оперативни рискове, които производителите не могат да си позволят.

Вместо това много организации прилагат целенасочени стратегии за модернизация, които удължават експлоатационния живот на съществуващите активи и същевременно подобряват ефективността. Съвременните PLC и PAC системи позволяват на предприятията да подобрят видимостта, диагностиката и управлението на процесите, без да се налага цялостна подмяна на завода.

Индустриалните организации често съчетават наследени активи със съвременни платформи за автоматизация, за да създадат по-устойчива оперативна среда, като същевременно запазят съществуващите инвестиции.

Разбиране на емисиите от Обхват 1, Обхват 2 и Обхват 3

Много инициативи за устойчивост се провалят, защото организациите се фокусират върху широки екологични цели, без да разбират конкретните източници на емисии.

Програмите за индустриална устойчивост обикновено оценяват емисиите в три категории.

Емисиите от Обхват 1 произхождат от източници, притежавани от компанията, като котли, турбини, технологични нагреватели, пещи и индустриални превозни средства.

Емисиите от Обхват 2 са резултат от закупените електроенергия, пара, отоплителни и охладителни услуги.

Емисиите от Обхват 3 включват дейности по цялата разширена верига на доставки, включително производството на суровини, транспорта, логистиката, дистрибуцията, употребата на продуктите и тяхното изхвърляне.

За много производители емисиите от Обхват 3 представляват най-голямото въздействие върху околната среда. Емисиите от Обхват 1 и Обхват 2 обаче често предлагат най-непосредствени възможности за оперативни подобрения.

Намаляването на тези емисии изисква точни оперативни данни, надежден мониторинг на процесите и интелигентни стратегии за управление.

Именно тук индустриалната автоматизация се превръща в ключов фактор за устойчивост.

Защо видимостта на данните е основата на устойчивостта

Не можете да подобрите това, което не можете да измерите.

Въпреки че този принцип е широко разбран, много предприятия все още работят с разпокъсани среди от данни. Информацията за енергията се намира в една система. Записите за поддръжката са в друга. Производствените показатели се съхраняват на друго място. Данните за околната среда често остават несвързани с оперативните системи.

Тази фрагментация ограничава вземането на решения.

Например увеличаването на потреблението на енергия може да е резултат от влошаване на състоянието на оборудването, неефективност на процесите, промени в производството, условията на околната среда или практиките на операторите. Без интегрирана видимост идентифицирането на първопричините става изключително трудно.

Организациите все по-често внедряват модерни DCS системи за управление и интегрирани архитектури за автоматизация, за да обединят оперативните данни и да подкрепят инициативите за устойчивост.

Когато информацията за потреблението на енергия, състоянието на оборудването, производителността и поддръжката стане достъпна чрез единна платформа, организациите получават възможност да вземат информирани решения, които подобряват както оперативната ефективност, така и екологичните резултати.

Системите за енергиен мениджмънт станаха задължителни за устойчивото производство

Разходите за енергия продължават да представляват едно от най-големите оперативни пера за индустриалните предприятия. С повишаването на цените на електроенергията и затягането на екологичните регулации производителите са под все по-голям натиск да намалят потреблението, като същевременно поддържат производствения обем.

За съжаление, много предприятия все още не разполагат с подробна видимост къде се потребява енергията.

Сметките за комунални услуги показват месечни общи стойности, но рядко разкриват кои производствени линии, двигатели, помпи, компресори или технологични звена допринасят най-много за общото потребление.

Системите за енергиен мениджмънт (EMS) помагат за решаването на това предизвикателство, като осигуряват непрекъснат мониторинг и анализ на потреблението на енергия в цялото съоръжение.

Съвременните платформи за управление на енергията събират информация от електрическите разпределителни системи, честотно-регулируемите задвижвания, технологичното оборудване, промишлените контролери и устройствата за мониторинг в целия завод.

Тази прозрачност позволява на производителите да идентифицират неефективности, които иначе биха останали скрити.

Сред често срещаните констатации са:

• Прекалено мощни двигатели, работещи под оптималната си ефективност
• Течове на сгъстен въздух
• Неправилно настроени контури за управление
• Прекомерна работа на оборудването в режим на празен ход
• Проблеми с качеството на електроенергията
• Неефективни последователности на процесите

След като бъдат идентифицирани, тези проблеми често могат да бъдат отстранени с относително умерени инвестиции, като същевременно се постигнат измерими икономии на енергия.

Много организации постигат значително намаляване на потреблението на електроенергия чрез усъвършенствани технологии за задвижване, предлагани в решенията Drives & Motion Control.

Честотно-регулируемите задвижвания позволяват на двигателите да работят според действителните изисквания на процеса, вместо непрекъснато да работят на пълна скорост. Тъй като електродвигателите представляват значителен дял от промишленото потребление на енергия, дори умерените подобрения на ефективността могат да донесат съществени ползи за устойчивостта.

Защо оптимизацията на процесите често дава по-бързи резултати от подмяната на оборудването

Много програми за устойчивост се съсредоточават основно върху подмяната на оборудване. Макар че проектите за модернизация несъмнено носят ползи, оптимизацията на процесите често осигурява по-бързи и по-рентабилни подобрения.

Производствените системи рядко работят с максимална ефективност през целия си жизнен цикъл.

С течение на времето параметрите на управление се променят, оборудването се амортизира, производствените изисквания се развиват, а работните процедури се отклоняват от първоначалните проектни условия.

Тези промени водят до неефективност, която увеличава потреблението на енергия, намалява производителността и генерира допълнителни отпадъци.

Усъвършенстваните стратегии за управление на процесите помагат на производителите непрекъснато да оптимизират операциите, като поддържат стабилни работни условия и минимизират променливостта на процесите.

Намаляването на променливостта предлага няколко предимства за устойчивостта.

• По-ниско потребление на енергия
• Намалени отпадъци от суровини
• Подобрено качество на продуктите
• По-малко повторна работа
• По-висока използваемост на оборудването
• Намалени изисквания за поддръжка

Съвременните отрасли с непрекъснати процеси все повече разчитат на платформи като Yokogawa CENTUM VP, Emerson DeltaV и Honeywell Experion PKS, за да подобрят ефективността на процесите, като същевременно подкрепят екологичните цели.

Най-успешните инициативи за устойчивост често се съсредоточават върху оптимизацията, преди да се пристъпи към замяна, като максимизират стойността на съществуващите активи и същевременно намаляват въздействието върху околната среда.

Прогнозната поддръжка е недооценена стратегия за устойчивост

Когато се обсъжда устойчивостта, теми като възобновяема енергия, отчитане на въглеродните емисии и намаляване на емисиите често доминират разговора. Надеждността на оборудването обаче може да е един от най-пренебрегваните фактори, допринасящи за показателите за устойчивост.

Машините, работещи при влошено състояние, консумират повече енергия.

Износените лагери увеличават триенето. Неправилното подравняване създава механични загуби. Дисбалансът на ротора предизвиква вибрации. Замърсените топлообменници намаляват топлинната ефективност. Повредените помпи и компресори изискват допълнителна мощност, за да поддържат производствените изисквания.

Тези неефективности се натрупват с времето и пряко увеличават въглеродните емисии.

Прогнозната поддръжка помага на организациите да идентифицират тези проблеми, преди да се превърнат в сериозни неизправности.

За разлика от традиционните стратегии за поддръжка, които разчитат на фиксирани графици, прогнозната поддръжка оценява действителното състояние на оборудването.

Усъвършенстваните технологии за мониторинг непрекъснато анализират:

• Нива на вибрации
• Състояние на лагерите
• Преместване на вала
• Качество на смазването
• Тенденции в температурата
• Работа на електродвигателя
• Стабилност на машината

Обектите, които внедряват програми за прогнозна поддръжка, често използват решения от платформите за мониторинг на машини, за да подобрят едновременно надеждността и показателите за устойчивост.

Фигура 2. Технологиите за прогнозна поддръжка намаляват отпадъците, подобряват надеждността и подпомагат дългосрочните цели за устойчивост.

Мониторингът на машините намалява както риска, така и въздействието върху околната среда

Ротационното оборудване остава в основата на много промишлени операции.

Газовите турбини, парните турбини, генераторите, компресорите, помпите и големите електродвигатели консумират значителни количества енергия. Състоянието им пряко влияе както върху оперативната ефективност, така и върху екологичните показатели.

Дори незначителни механични проблеми могат да доведат до измеримо увеличение на потреблението на енергия.

Турбина, работеща с ефективност под максималната, може да изразходва значително повече гориво през експлоатационния си живот. По същия начин проблемите, свързани с вибрации, могат да съкратят експлоатационния живот на оборудването, като същевременно увеличат нуждите от поддръжка и оперативния риск.

Непрекъснатият мониторинг позволява на организациите да идентифицират тези проблеми, преди да се задълбочат.

Решения като Bently Nevada, Emerson CSI 6500 и други усъвършенствани платформи за мониторинг на състоянието осигуряват критично важна видимост върху състоянието на оборудването.

Чрез подобряване на ефективността на активите производителите намаляват ненужното потребление на енергия, като същевременно удължават експлоатационния живот на оборудването и минимизират отпадъците.

Промишлените мрежи осигуряват по-интелигентни решения за устойчивост

Подобренията в устойчивостта зависят от информационния поток.

Ако данните не могат да се предават ефективно между полевите устройства, контролерите, системите за архивиране на данни и корпоративните системи, организациите губят ценни възможности за оптимизация.

Поради това промишлената комуникационна инфраструктура се превърна в съществен компонент на съвременните програми за устойчивост.

Свързаните операции позволяват на инженерите да съпоставят потреблението на енергия, производствения обем, ефективността на поддръжката, условията на околната среда и състоянието на оборудването.

Тази интегрирана перспектива позволява на организациите да идентифицират взаимовръзки, които иначе биха останали невидими.

Например увеличеното потребление на енергия може да е свързано със спад в производителността на оборудването. Проблемите с качеството на продукцията могат да съвпадат с променливост на процесите. Записите за поддръжка могат да разкрият закономерности, обясняващи неочакваното потребление на ресурси.

Организациите, които инвестират в цифрова трансформация, все по-често модернизират мрежовата инфраструктура наред със системите за автоматизация, за да подкрепят дългосрочните цели за устойчивост.

Надеждните промишлени комуникационни мрежи помагат решенията за устойчивост да се основават на точни оперативни данни, а не на предположения.

Как изкуственият интелект преобразява устойчивостта на промишлеността

Изкуственият интелект бързо се превръща в една от най-влиятелните технологии в областта на устойчивостта на промишлеността. Докато ранните програми за устойчивост разчитаха до голяма степен на ръчно отчитане и исторически анализ, съвременните системи с изкуствен интелект позволяват на производителите да идентифицират неефективности и възможности за оптимизация в реално време.

Традиционните стратегии за управление на енергията често се фокусират върху разбирането на случилото се вчера, миналата седмица или миналия месец. Изкуственият интелект измества фокуса към прогнозиране на това, което ще се случи след това.

Тази прогнозна способност създава значителни предимства за промишлените организации.

Платформите за анализ, задвижвани от изкуствен интелект, могат непрекъснато да анализират огромни количества оперативни данни, генерирани от производствено оборудване, системи за управление, сензори, записи за поддръжка и корпоративни приложения.

Като идентифицират скрити закономерности, тези системи помагат на производителите да оптимизират операциите по начини, които биха били невъзможни само чрез ръчен анализ.

Обичайните приложения на изкуствения интелект включват:

• Прогнозиране на потреблението на енергия
• Оптимизация на производственото планиране
• Откриване на аномалии
• Прогнозиране на повреди в оборудването
• Оптимизация на качеството
• Анализ на ефективността на веригата за доставки
• Оптимизация на производителността на процесите

Например системите с изкуствен интелект могат да идентифицират незабележими вариации в процесите, които допринасят за повишено потребление на енергия. След това инженерите могат да предприемат коригиращи действия, преди тези неефективности да окажат значително въздействие върху оперативните разходи или екологичните показатели.

Тъй като промишлените предприятия продължават да генерират все по-големи обеми оперативни данни, изкуственият интелект ще играе все по-важна роля в инициативите за устойчивост.

Цифровите близнаци създават нови възможности за подобряване на устойчивостта

Технологията на цифровите двойници представлява още един значителен напредък в устойчивото производство.

Цифровият двойник е виртуално представяне на физически актив, процес или обект. Като непрекъснато получава данни от реалните операции, цифровият двойник точно отразява текущите експлоатационни условия.

Това позволява на инженерите да оценяват различни сценарии, без да въвеждат риск за производствените системи.

Производителите могат да симулират промени в процесите, да тестват стратегии за оптимизация, да оценяват графици за поддръжка и да анализират моделите на потребление на енергия, преди да внедрят промените в реалния свят.

Цифровите двойници подпомагат усилията за устойчиво развитие, като помагат на организациите да:

• Намаляване на потреблението на енергия
• Подобряване на използването на активите
• Оптимизиране на стратегиите за поддръжка
• Намаляване на генерирането на отпадъци
• Повишаване на производствената ефективност
• Подобряване на оперативното планиране

С продължаващото усъвършенстване на изчислителната мощ цифровите двойници стават все по-достъпни в широк спектър от индустрии.

Обектите, които интегрират модерни технологии за автоматизация с инструменти за цифров инженеринг, често могат да идентифицират възможности за устойчиво развитие, които остават скрити в традиционните операционни среди.

Ползите за устойчивото развитие от удължаването на жизнения цикъл на активите

Една от най-пренебрегваните стратегии за устойчиво развитие е удължаването на полезния живот на съществуващите промишлени активи.

Много организации приемат, че замяната на по-старото оборудване автоматично носи екологични ползи. Макар че съвременното оборудване често е по-ефективно, проектите за подмяна също създават екологични разходи.

Производството на ново оборудване изисква суровини, транспорт, потребление на енергия и мащабни дейности по веригата на доставки.

В много случаи поддържането и модернизирането на съществуващите активи може да предложи по-устойчива алтернатива.

Този принцип е особено важен в средите на индустриалната автоматизация.

Хиляди обекти продължават да експлоатират доказани системи за управление, които остават критични за производството. Примерите включват:

• Allen-Bradley PLC-5
• Allen-Bradley SLC 500
• GE Series 90-30 and 90-70
• Honeywell TDC 3000
• ABB Bailey Infi 90
• Siemens SIMATIC S5

Въпреки че тези системи може вече да не са в активно производство, те продължават да поддържат критични промишлени операции по целия свят.

Стратегическите програми за модернизация често позволяват на организациите да подобрят ефективността, като същевременно удължат експлоатационния живот на съществуващите активи.

Този подход едновременно намалява електронните отпадъци, понижава необходимостта от капиталови разходи, минимизира оперативните прекъсвания и подпомага целите за устойчиво развитие.

Затова много производители разглеждат удължаването на жизнения цикъл като важен компонент от по-широката си екологична стратегия.

Фигура 3. Устойчивото производство изисква съгласуваност между технологиите, оперативните процеси и организационната култура.

Организационната култура често определя успеха в областта на устойчивото развитие

Технологиите сами по себе си не могат да решат предизвикателствата пред устойчивостта.

Дори най-усъвършенстваните системи за автоматизация, платформи за управление на енергията и инструменти за предиктивна поддръжка няма да постигнат значими резултати, ако организациите не разполагат с културата, необходима за подкрепа на непрекъснатото усъвършенстване.

Много инициативи за устойчивост срещат трудности, защото функционират независимо от ежедневните производствени операции.

Инженерите може да се съсредоточат върху надеждността. Оперативните екипи може да дадат приоритет на производствените цели. Отделите по поддръжка може да се концентрират върху работоспособността на оборудването. Целите за устойчивост често остават изолирани в отделни корпоративни програми.

Най-успешните производители възприемат различен подход.

Вместо да разглеждат устойчивостта като самостоятелна инициатива, те интегрират екологичните цели директно в оперативното вземане на решения.

Енергийната ефективност става част от програмите за надеждност. Стратегиите за поддръжка включват оптимизация на ресурсите. Производственото планиране отчита екологичните показатели наред с целите за производителност и качество.

Този интегриран подход създава дългосрочни подобрения в устойчивостта, които остават ефективни дори когато бизнес условията се променят.

Бъдещето на устойчивото производство

Производственият сектор навлиза в период на значителна трансформация.

Нарастващите екологични очаквания, повишаващите се разходи за енергия, развиващите се регулации и увеличаващите се изисквания на заинтересованите страни принуждават организациите да преосмислят традиционните оперативни модели.

Същевременно напредъкът в автоматизацията, индустриалните мрежи, предиктивната поддръжка, изкуствения интелект и технологиите за дигитална трансформация създава нови възможности за подобрение.

Бъдещето на устойчивото производство няма да се определя от една-единствена технология или екологична инициатива.

Вместо това успехът ще бъде резултат от интегрирането на множество стратегии, които работят съвместно:

• Управление на енергията
• Оптимизация на процесите
• Предиктивна поддръжка
• Мониторинг на машини
• Усъвършенствана автоматизация
• Индустриална аналитика
• Дигитална трансформация
• Програми за удължаване на жизнения цикъл

Организациите, които възприемат тези принципи, ще бъдат в по-добра позиция да намалят емисиите, да подобрят ефективността, да засилят конкурентоспособността и да постигнат дългосрочна оперативна устойчивост.

Устойчивостта вече не е просто отговорност към околната среда. Тя се превърна в бизнес необходимост и ключов фактор за бъдещия индустриален успех.

Фигура 4. Устойчивото производство е непрекъснат процес, задвижван от технологии, иновации и оперативно съвършенство.

Препоръчителни решения за устойчиви индустриални операции

• Разгледайте PLC и PAC системи за ефективни производствени операции
• Открийте усъвършенствани DCS платформи за оптимизация на процесите
• Подобрете надеждността с технологии за мониторинг на машини
• Научете повече за решенията за управление на турбини и машини
• Намалете потреблението на енергия с модерни задвижващи технологии