Výzvy udržitelnosti: Jak mohou výrobci vybudovat ekologičtější a efektivnější průmyslové provozy

Proč se udržitelnost stala pro výrobce obchodní nutností

Udržitelnost se vyvinula daleko za rámec dodržování environmentálních předpisů. Dnes ovlivňuje firemní strategii, provozní efektivitu, důvěru investorů, řízení dodavatelského řetězce a dlouhodobou ziskovost. Výrobci čelí rostoucímu tlaku vlád, zákazníků, investorů a regulačních orgánů na snižování emisí při zachování produktivity a konkurenceschopnosti.

V uplynulém desetiletí investovaly průmyslové organizace do programů udržitelnosti miliardy dolarů. Mnoho společností oznámilo cíle uhlíkové neutrality, iniciativy v oblasti obnovitelné energie a závazky k ochraně životního prostředí. Dosažení těchto cílů však vyžaduje mnohem více než nákup uhlíkových kompenzací nebo instalaci systémů obnovitelné energie.

Skutečného zlepšení udržitelnosti se dosahuje uvnitř výrobních provozů. Je výsledkem lepších provozních rozhodnutí, vyšší spolehlivosti zařízení, optimalizovaných výrobních procesů a inteligentního využívání průmyslových technologií.

Pro výrobce je udržitelnost v konečném důsledku otázkou efektivity. Každá promarněná kilowatthodina, každé zbytečné odstavení stroje, každá neefektivní smyčka procesu a každá porucha zařízení přispívají k vyšším provozním nákladům a většímu dopadu na životní prostředí.

Největšího pokroku dosahují organizace, které vnímají udržitelnost jako provozní strategii, nikoli jako povinnost v oblasti životního prostředí.

Obrázek 1. Výrobci čelí rostoucímu tlaku na zvyšování udržitelnosti při zachování provozní výkonnosti.

Skryté náklady stárnoucí průmyslové infrastruktury

Jednou z největších překážek udržitelné výroby je zastaralá infrastruktura. V oblasti výroby energie, těžby ropy a zemního plynu, úpravy vody, chemického zpracování, těžby nerostů i obecné výroby jsou stále v provozu zařízení instalovaná před desítkami let.

Mnohé z těchto systémů zůstávají spolehlivé. Byly však navrženy v době, kdy se energetické účinnosti, snižování emisí uhlíku a digitální optimalizaci věnovala mnohem menší pozornost než dnes.

Stávajícím zařízením často chybí:

• Možnosti monitorování spotřeby energie v reálném čase
• Pokročilá diagnostika
• Funkce prediktivní údržby
• Moderní komunikační protokoly
• Integrované nástroje pro reporting udržitelnosti

Nahrazení celého provozu je jen zřídka praktické. Velké modernizační projekty vyžadují značné kapitálové investice a mohou přinášet provozní rizika, která si výrobci nemohou dovolit.

Místo toho mnoho organizací uplatňuje cílené strategie modernizace, které prodlužují životnost stávajících zařízení a zároveň zvyšují efektivitu. Moderní systémy PLC a PAC umožňují provozům zlepšit přehled, diagnostiku a řízení procesů, aniž by bylo nutné kompletně nahradit celý závod.

Průmyslové organizace často kombinují starší zařízení s moderními automatizačními platformami, aby vytvořily udržitelnější provozní prostředí a zároveň zachovaly stávající investice.

Porozumění emisím Scope 1, Scope 2 a Scope 3

Mnoho iniciativ v oblasti udržitelnosti selhává, protože se organizace zaměřují na obecné environmentální cíle, aniž by rozuměly konkrétním zdrojům emisí.

Programy průmyslové udržitelnosti obecně hodnotí emise ve třech kategoriích.

Emise Scope 1 pocházejí ze zdrojů vlastněných společností, jako jsou kotle, turbíny, procesní ohřívače, pece a průmyslová vozidla.

Emise Scope 2 vznikají v důsledku nakupované elektřiny, páry, vytápění a chladicích služeb.

Emise Scope 3 zahrnují činnosti probíhající v celém širším dodavatelském řetězci, včetně výroby surovin, přepravy, logistiky, distribuce, používání produktů a jejich likvidace.

U mnoha výrobců představují emise Scope 3 největší environmentální dopad. Emise Scope 1 a Scope 2 však často nabízejí nejbezprostřednější příležitosti ke zlepšení provozu.

Snižování těchto emisí vyžaduje přesná provozní data, spolehlivé monitorování procesů a inteligentní řídicí strategie.

Právě zde se průmyslová automatizace stává klíčovým nástrojem pro podporu udržitelnosti.

Proč je přehled o datech základem udržitelnosti

Nelze zlepšit to, co nelze měřit.

Ačkoli je tento princip všeobecně známý, mnoho provozů stále funguje v prostředí roztříštěných dat. Informace o energiích jsou v jednom systému. Záznamy o údržbě existují v jiném. Výrobní ukazatele jsou uloženy jinde. Environmentální data často zůstávají od provozních systémů odpojena.

Tato roztříštěnost omezuje rozhodování.

Rostoucí spotřeba energie může být například způsobena degradací zařízení, neefektivními procesy, změnami ve výrobě, podmínkami prostředí nebo postupy obsluhy. Bez integrovaného přehledu je identifikace hlavních příčin mimořádně obtížná.

Organizace stále častěji nasazují moderní řídicí systémy DCS a integrované automatizační architektury ke konsolidaci provozních dat a podpoře iniciativ v oblasti udržitelnosti.

Když jsou spotřeba energie, stav zařízení, výrobní výkonnost a informace o údržbě dostupné prostřednictvím jednotné platformy, získávají organizace možnost přijímat informovaná rozhodnutí, která zlepšují provozní efektivitu i environmentální výkonnost.

Systémy energetického managementu se staly nezbytnými pro udržitelnou výrobu

Náklady na energie nadále představují jedny z nejvyšších provozních nákladů průmyslových provozů. S růstem cen elektřiny a zpřísňováním environmentálních předpisů čelí výrobci stále většímu tlaku na snižování spotřeby při zachování výrobního výkonu.

Bohužel mnoho provozů stále nemá podrobný přehled o tom, kde se energie spotřebovává.

Účty za energie uvádějí měsíční souhrny, ale jen zřídka odhalí, které výrobní linky, motory, čerpadla, kompresory nebo procesní jednotky se na celkové spotřebě podílejí nejvíce.

Systémy energetického managementu (EMS) pomáhají tento problém řešit průběžným monitorováním a analýzou spotřeby energie v celém provozu.

Moderní platformy pro řízení energie shromažďují informace z elektrických distribučních systémů, frekvenčních měničů, procesních zařízení, průmyslových řídicích systémů a monitorovacích zařízení v celém závodě.

Tento přehled umožňuje výrobcům identifikovat neefektivitu, která by jinak mohla zůstat skrytá.

Mezi běžná zjištění patří:

• Předimenzované motory pracující pod optimální účinností
• Úniky stlačeného vzduchu
• Nesprávně vyladěné regulační smyčky
• Nadměrný provoz nevyužívaných zařízení
• Problémy s kvalitou elektrické energie
• Neefektivní sekvence procesů

Po jejich identifikaci lze tyto problémy často napravit relativně skromnými investicemi a současně dosáhnout měřitelných úspor energie.

Mnoho organizací dosahuje výrazného snížení spotřeby elektřiny díky pokročilým technologiím měničů dostupným v rámci řešení Pohony a řízení pohybu.

Frekvenční měniče umožňují motorům pracovat podle skutečných požadavků procesu, namísto nepřetržitého chodu na plné otáčky. Elektromotory představují významný podíl průmyslové spotřeby energie, takže i mírné zvýšení účinnosti může přinést značné přínosy pro udržitelnost.

Proč optimalizace procesů často přináší výsledky rychleji než výměna zařízení

Mnoho programů udržitelnosti se výrazně zaměřuje na výměnu zařízení. Modernizační projekty sice nepochybně přinášejí výhody, optimalizace procesů však často vede k rychlejším a nákladově efektivnějším zlepšením.

Výrobní systémy jen zřídka pracují po celou dobu svého životního cyklu s maximální efektivitou.

Postupem času se mění řídicí parametry, zařízení se opotřebovává, výrobní požadavky se vyvíjejí a provozní postupy se odchylují od původních projektových podmínek.

Tyto změny vedou k neefektivitě, která zvyšuje spotřebu energie, snižuje průchodnost a vytváří další odpad.

Pokročilé strategie řízení procesů pomáhají výrobcům průběžně optimalizovat provoz udržováním stabilních provozních podmínek a minimalizací variability procesu.

Snižování variability přináší několik výhod v oblasti udržitelnosti.

• Nižší spotřeba energie
• Méně odpadu ze surovin
• Vyšší kvalita výrobků
• Méně přepracování
• Vyšší využití zařízení
• Nižší nároky na údržbu

Moderní procesní průmysl se stále více spoléhá na platformy, jako jsou Yokogawa CENTUM VP, Emerson DeltaV a Honeywell Experion PKS, které zvyšují efektivitu procesů a zároveň podporují environmentální cíle.

Nejúspěšnější iniciativy v oblasti udržitelnosti se často zaměřují na optimalizaci před výměnou, maximalizují hodnotu stávajících zařízení a zároveň snižují dopad na životní prostředí.

Prediktivní údržba je nedoceňovanou strategií udržitelnosti

Když se diskutuje o udržitelnosti, často převládají témata, jako jsou obnovitelné zdroje energie, vykazování emisí uhlíku a snižování emisí. Spolehlivost zařízení však může být jedním z nejvíce přehlížených faktorů ovlivňujících výsledky v oblasti udržitelnosti.

Stroje pracující ve zhoršeném stavu spotřebovávají více energie.

Opotřebovaná ložiska zvyšují tření. Nesouosost způsobuje mechanické ztráty. Nevyváženost rotoru vyvolává vibrace. Zanesené výměníky tepla snižují tepelnou účinnost. Poškozená čerpadla a kompresory vyžadují k udržení výrobních požadavků dodatečný výkon.

Tyto neefektivity se postupem času kumulují a přímo zvyšují emise uhlíku.

Prediktivní údržba pomáhá organizacím identifikovat tyto problémy dříve, než se stanou závažnými.

Na rozdíl od tradičních strategií údržby, které se spoléhají na pevně stanovené harmonogramy, prediktivní údržba vyhodnocuje skutečný stav zařízení.

Pokročilé monitorovací technologie nepřetržitě analyzují:

• Úrovně vibrací
• Stav ložisek
• Posunutí hřídele
• Kvalita mazání
• Teplotní trendy
• Výkon motoru
• Stabilita stroje

Provozní areály zavádějící programy prediktivní údržby často nasazují řešení z platforem monitorování strojních zařízení, aby zlepšily spolehlivost i výsledky v oblasti udržitelnosti.

Obrázek 2. Technologie prediktivní údržby snižují množství odpadu, zvyšují spolehlivost a podporují dlouhodobé cíle udržitelnosti.

Monitorování strojních zařízení snižuje rizika i dopad na životní prostředí

Rotační zařízení zůstává jádrem mnoha průmyslových provozů.

Plynové turbíny, parní turbíny, generátory, kompresory, čerpadla a velké motory spotřebovávají značné množství energie. Jejich stav přímo ovlivňuje provozní účinnost i environmentální výkonnost.

I drobné mechanické problémy mohou vést k měřitelnému zvýšení spotřeby energie.

Turbína pracující pod optimální účinností může během své provozní životnosti spotřebovat podstatně více paliva. Podobně mohou problémy související s vibracemi zkrátit životnost zařízení a zároveň zvýšit nároky na údržbu i provozní rizika.

Nepřetržité monitorování umožňuje organizacím identifikovat tyto problémy dříve, než se zhorší.

Řešení, jako jsou Bently Nevada, Emerson CSI 6500 a další pokročilé platformy pro monitorování stavu, poskytují zásadní přehled o technickém stavu zařízení.

Zlepšováním výkonnosti zařízení výrobci snižují zbytečnou spotřebu energie, prodlužují životnost zařízení a minimalizují množství odpadu.

Průmyslové síťové technologie umožňují chytřejší rozhodování o udržitelnosti

Zlepšování udržitelnosti závisí na toku informací.

Pokud data nemohou efektivně proudit mezi zařízeními v terénu, řídicími jednotkami, historizačními databázemi a podnikovými systémy, organizace přicházejí o cenné příležitosti k optimalizaci.

Průmyslová komunikační infrastruktura se proto stala nezbytnou součástí moderních programů udržitelnosti.

Propojené provozy umožňují inženýrům porovnávat spotřebu energie, výrobní výstup, výkonnost údržby, environmentální podmínky a stav zařízení.

Tento integrovaný pohled umožňuje organizacím identifikovat souvislosti, které by jinak zůstaly neviditelné.

Zvyšující se spotřeba energie může například souviset s klesající výkonností zařízení. Problémy s kvalitou výroby se mohou shodovat s proměnlivostí procesu. Záznamy o údržbě mohou odhalit vzorce vysvětlující neočekávanou spotřebu zdrojů.

Organizace investující do digitální transformace stále častěji modernizují síťovou infrastrukturu současně s automatizačními systémy, aby podpořily dlouhodobé cíle udržitelnosti.

Spolehlivé průmyslové komunikační sítě pomáhají zajistit, aby rozhodnutí týkající se udržitelnosti vycházela z přesných provozních dat, nikoli z předpokladů.

Jak umělá inteligence mění průmyslovou udržitelnost

Umělá inteligence se rychle stává jednou z nejvlivnějších technologií v oblasti průmyslové udržitelnosti. Zatímco rané programy udržitelnosti se do značné míry opíraly o manuální vykazování a historickou analýzu, moderní systémy umělé inteligence umožňují výrobcům identifikovat neefektivity a příležitosti k optimalizaci v reálném čase.

Tradiční strategie energetického managementu se často zaměřují na pochopení toho, co se stalo včera, minulý týden nebo minulý měsíc. Umělá inteligence přesouvá pozornost k předpovědi toho, co se stane příště.

Tato prediktivní schopnost přináší průmyslovým organizacím významné výhody.

Analytické platformy využívající umělou inteligenci mohou nepřetržitě analyzovat obrovské množství provozních dat generovaných výrobními zařízeními, řídicími systémy, senzory, záznamy o údržbě a podnikovými aplikacemi.

Díky identifikaci skrytých vzorců pomáhají tyto systémy výrobcům optimalizovat provoz způsoby, které by samotná manuální analýza neumožnila.

Mezi běžné aplikace umělé inteligence patří:

• Prediktivní prognózování spotřeby energie
• Optimalizace plánování výroby
• Detekce anomálií
• Predikce poruch zařízení
• Optimalizace kvality
• Analýza efektivity dodavatelského řetězce
• Optimalizace výkonnosti procesů

Systémy umělé inteligence mohou například identifikovat nenápadné odchylky v procesech, které přispívají ke zvýšené spotřebě energie. Inženýři pak mohou zavést nápravná opatření dříve, než tyto neefektivity výrazně ovlivní provozní náklady nebo environmentální výkonnost.

Vzhledem k tomu, že průmyslové provozy nadále generují stále větší objemy provozních dat, bude umělá inteligence hrát v iniciativách zaměřených na udržitelnost stále důležitější roli.

Digitální dvojčata vytvářejí nové příležitosti ke zlepšování udržitelnosti

Technologie digitálních dvojčat představuje další významný pokrok v oblasti udržitelné výroby.

Digitální dvojče je virtuální reprezentace fyzického zařízení, procesu nebo provozu. Díky nepřetržitému příjmu dat z reálného provozu digitální dvojče přesně odráží aktuální provozní podmínky.

Inženýři tak mohou vyhodnocovat různé scénáře, aniž by ohrozili výrobní systémy.

Výrobci mohou simulovat změny procesů, testovat optimalizační strategie, vyhodnocovat plány údržby a analyzovat vzorce spotřeby energie ještě před zavedením změn v reálném světě.

Digitální dvojčata podporují úsilí o udržitelnost tím, že organizacím pomáhají:

• Snížit spotřebu energie
• Zlepšit využití zařízení
• Optimalizovat strategie údržby
• Omezit vznik odpadu
• Zvýšit efektivitu výroby
• Zlepšit plánování provozu

S pokračujícím růstem výpočetního výkonu se digitální dvojčata stávají dostupnějšími v široké škále průmyslových odvětví.

Provozy, které integrují pokročilé automatizační technologie s nástroji digitálního inženýringu, často dokážou identifikovat příležitosti v oblasti udržitelnosti, které zůstávají skryté v tradičních provozních prostředích.

Přínosy prodlužování životních cyklů zařízení pro udržitelnost

Jedna z nejvíce přehlížených strategií udržitelnosti spočívá v prodlužování užitečné životnosti stávajících průmyslových zařízení.

Mnoho organizací předpokládá, že výměna staršího zařízení automaticky přináší environmentální přínosy. Moderní zařízení bývá často efektivnější, projekty výměny však také vytvářejí environmentální náklady.

Výroba nového zařízení vyžaduje suroviny, přepravu, spotřebu energie a rozsáhlé aktivity v dodavatelském řetězci.

V mnoha situacích může být údržba a modernizace stávajících zařízení udržitelnější alternativou.

Tento princip je obzvláště důležitý v prostředí průmyslové automatizace.

Tisíce provozů nadále používají osvědčené řídicí systémy, které zůstávají pro výrobu klíčové. Mezi příklady patří:

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

Ačkoli tyto systémy již nemusí být aktivně vyráběny, nadále podporují kritické průmyslové provozy po celém světě.

Strategické programy modernizace často umožňují organizacím zvýšit efektivitu a zároveň prodloužit provozní životnost stávajících zařízení.

Tento přístup současně snižuje množství elektronického odpadu, snižuje požadavky na kapitálové výdaje, minimalizuje narušení provozu a podporuje cíle udržitelnosti.

Mnoho výrobců proto považuje prodlužování životního cyklu za důležitou součást své širší environmentální strategie.

Obrázek 3. Udržitelná výroba vyžaduje sladění technologií, provozních procesů a organizační kultury.

Organizační kultura často rozhoduje o úspěchu v oblasti udržitelnosti

Technologie sama o sobě nedokáže vyřešit výzvy udržitelnosti.

Ani nejpokročilejší automatizační systémy, platformy pro energetický management a nástroje prediktivní údržby nepřinesou smysluplné výsledky, pokud organizacím chybí kultura nezbytná k podpoře neustálého zlepšování.

Mnoho iniciativ v oblasti udržitelnosti selhává, protože fungují nezávisle na každodenním výrobním provozu.

Inženýři se mohou zaměřovat na spolehlivost. Provozní týmy mohou upřednostňovat výrobní cíle. Oddělení údržby se mohou soustředit na dostupnost zařízení. Cíle udržitelnosti se často izolují v samostatných podnikových programech.

Nejúspěšnější výrobci volí jiný přístup.

Namísto toho, aby udržitelnost vnímali jako samostatnou iniciativu, začleňují environmentální cíle přímo do operativního rozhodování.

Energetická účinnost se stává součástí programů spolehlivosti. Strategie údržby zahrnují optimalizaci využívání zdrojů. Plánování výroby zohledňuje environmentální výkonnost spolu s cíli v oblasti průchodnosti a kvality.

Tento integrovaný přístup vytváří dlouhodobá zlepšení udržitelnosti, která zůstávají účinná i při změnách obchodních podmínek.

Budoucnost udržitelné výroby

Výrobní sektor vstupuje do období významné transformace.

Rostoucí očekávání v oblasti životního prostředí, zvyšující se náklady na energie, vyvíjející se regulace a rostoucí požadavky zainteresovaných stran nutí organizace přehodnocovat tradiční provozní modely.

Současně pokrok v oblasti automatizace, průmyslových sítí, prediktivní údržby, umělé inteligence a technologií digitální transformace vytváří nové příležitosti ke zlepšení.

Budoucnost udržitelné výroby nebude určena jedinou technologií ani jedinou ekologickou iniciativou.

Úspěch naopak vzejde z integrace více vzájemně propojených strategií:

• Energetický management
• Optimalizace procesů
• Prediktivní údržba
• Monitorování strojních zařízení
• Pokročilá automatizace
• Průmyslová analytika
• Digitální transformace
• Programy prodlužování životního cyklu

Organizace, které přijmou tyto principy, budou lépe připraveny snižovat emise, zvyšovat efektivitu, posilovat konkurenceschopnost a dosahovat dlouhodobé provozní odolnosti.

Udržitelnost již není jen otázkou odpovědnosti vůči životnímu prostředí. Stala se nezbytností pro podnikání a klíčovým faktorem budoucího úspěchu průmyslu.

Obrázek 4. Udržitelná výroba je nepřetržitý proces poháněný technologiemi, inovacemi a provozní excelencí.

Doporučená řešení pro udržitelný průmyslový provoz

• Prozkoumejte systémy PLC a PAC pro efektivní výrobní provoz
• Objevte pokročilé platformy DCS pro optimalizaci procesů
• Zvyšte spolehlivost pomocí technologií pro monitorování strojních zařízení
• Zjistěte více o řešeních pro řízení turbín a strojních zařízení
• Snižte spotřebu energie pomocí moderních pohonných technologií