Az adatok termelési eredményekké alakítása a cellulóz- és papíripari értéklánc egészében

Kevés gyártási ágazat szembesül a cellulóz- és papíriparéval azonos mértékű működési összetettséggel. A faanyag-előkészítéstől és a cellulózgyártási folyamatoktól a fehérítésen, szárításon, bevonatoláson, tekercselésen és szállításon át minden termelési szakasz szigorúan szabályozott változóktól függ, amelyek közvetlenül befolyásolják a termékminőséget, a gyártási költségeket és az eszközök kihasználtságát.

Az üzemek évtizedeken át hagyományos vezérlési stratégiákra támaszkodtak a folyamatstabilitás fenntartása érdekében. Bár ezek a rendszerek szilárd működési alapot biztosítottak, a növekvő piaci nyomás ma már sokkal többet követel. A gyártóknak egyszerre kell növelniük az átbocsátást, csökkenteniük az energiafogyasztást, mérsékelniük a vegyszerfelhasználást, javítaniuk a fenntarthatósági mutatókat, és egyenletes termékminőséget fenntartaniuk.

Ennek eredményeként a digitális átalakulás az egész iparágban stratégiai prioritássá vált. Az olyan technológiák, mint a mesterséges intelligencia (AI), az ipari dolgok internete (IIoT) platformjai, a fejlett analitika, a gépi tanulás és a fejlett folyamatirányítás (APC) lehetővé teszik az üzemek számára, hogy túllépjenek az alapvető automatizáláson, és az adatvezérelt működési kiválóság felé haladjanak.

Számos cellulóz- és papírgyártó integrált automatizálási architektúrákat vezet be, amelyek az APC-t, a minőségirányítási rendszereket és az elosztott vezérlési technológiákat kombinálják. Az olyan platformok, mint az ABB System 800xA, széles körben elterjedtek, mivel egységes környezetet biztosítanak a folyamatok átláthatóságához, optimalizálásához és a működési döntéshozatalhoz. A korszerű automatizálási infrastruktúrát értékelő szervezetek az ipari folyamatiparban használt ABB ipari automatizálási megoldások szélesebb választékát is megtekinthetik.

A lehetőség jelentős. Iparági tanulmányok kimutatták, hogy a sikeres digitalizációs programok 5–10%-os átbocsátás-növekedést, több százalékpontos hozamnövekedést, valamint az energia-, rost-, víz- és vegyszerfelhasználás mérhető csökkenését eredményezhetik. Nagy léptékű műveletek esetében már egy kis százalékos javulás is évente több millió dolláros megtakarítást jelenthet.

E lehetőségek ellenére számos üzem továbbra is ugyanazzal a tartós kihívással küzd: az adatok hasznosításával. A modern létesítmények naponta hatalmas mennyiségű működési információt állítanak elő, ennek jelentős része azonban kihasználatlan marad. Az érzékelők, hajtások, analizátorok, előzményadatbázisok, minőségirányítási rendszerek, laboratóriumi műszerek és üzleti alkalmazások folyamatosan értékes információkat hoznak létre, amelyek gyakran elkülönülten, külön rendszerekben maradnak.

Az ipari digitalizáció következő szakasza ennek a kiaknázatlan információnak a hasznosítható intelligenciává alakítására összpontosít. Az APC az e cél elérésének egyik leghatékonyabb technológiájává vált.

1. ábra. A modern cellulóz- és papírgyártási műveletek az integrált érzékelési, irányítási és optimalizálási technológiákra támaszkodnak a termelési hatékonyság és a termékminőség javítása érdekében.

Miért nem elegendők többé a hagyományos irányítási stratégiák?

A hagyományos irányítórendszereket arra tervezték, hogy a folyamatváltozókat előre meghatározott üzemeltetési tartományokon belül tartsák. Bár ez a megközelítés továbbra is alapvető fontosságú, gyakran nehezen kezeli a nagyüzemi cellulóz- és papírgyártó létesítményekben fennálló összetett kölcsönhatásokat.

A folyamat egyik területén bekövetkező változás gyakran több downstream műveletre is hatással van. A cellulóz konzisztenciájának változásai befolyásolhatják a fehérítés teljesítményét. A nedvességtartalom változásai hatással lehetnek a szárítás hatékonyságára. A rostmínőség ingadozásai befolyásolhatják a kész papírlap jellemzőit. A kezelőknek folyamatosan egyensúlyba kell hozniuk az egymással versengő célokat, miközben reagálnak a változó termelési körülményekre.

A hagyományos PID-szabályozók hatékonyan vezérlik az egyes változókat, de nem arra tervezték őket, hogy egyidejűleg optimalizálják több tucat, egymással összekapcsolt folyamatkorlátot.

Az APC ezt a korlátot úgy kezeli, hogy valós időben elemzi a több változó közötti kapcsolatokat. Ahelyett, hogy a folyamat eltéréseire azok bekövetkezése után reagálnának, az APC-rendszerek előre jelzik a jövőbeli körülményeket, és proaktívan módosítják az üzemeltetési paramétereket.

Ez a prediktív képesség lehetővé teszi, hogy a malmok a teljesítményhatárokhoz közelebb működjenek a stabilitás feláldozása nélkül. Ennek eredménye a nagyobb áteresztőképesség, a szigorúbb minőség-ellenőrzés és a kisebb üzemeltetési változékonyság.

Számos üzemben az APC a Distributed Control System (DCS) felett működő optimalizálási rétegként funkcionál. A DCS továbbra is végrehajtja a szabályozási feladatokat, miközben az APC folyamatosan értékeli a folyamat körülményeit, és kiszámítja az optimális üzemeltetési célértékeket.

Ahogy a malmok digitális átalakítási kezdeményezéseket valósítanak meg, az elosztott irányítórendszer szerepe tovább bővül. A modern DCS-platformok képezik az APC, az analitika, a történetiadatbázis-integráció és az üzemszintű optimalizálás alapját. Azok az olvasók, akik szeretnék megérteni az ezeket az alkalmazásokat támogató tágabb technológiákat, áttekinthetik a nagyüzemi folyamatalapú gyártási környezetekben gyakran alkalmazott elosztott irányítórendszerek példáit.

Hogyan javítja a fejlett folyamatirányítás a malom teljesítményét?

A fejlett folyamatirányítás folyamatmodellezést, prediktív algoritmusokat, optimalizálási technikákat és valós idejű adatelemzést kombinál a termelési teljesítmény folyamatos javítása érdekében.

A fő cél egyszerű: a jövedelmezőség maximalizálása az üzemeltetési korlátok betartása mellett.

A gyakorlatban az APC egyszerre több kritikus funkciót lát el.

Először is stabilizálja a termelési folyamatokat. A folyamatváltozékonyság a cellulóz- és papírgyártás egyik legnagyobb rejtett költsége. Minden ingadozás növeli a minőségi eltérések, a hulladékképződés, a termelési lassulások és a túlzott energiafogyasztás valószínűségét.

Másodszor: az APC összehangolja azokat a szabályozási köröket, amelyek egyébként egymástól függetlenül működnének. Ahelyett, hogy minden kör a saját változóját optimalizálná, az APC a teljes folyamatot értékeli, és meghatározza az összességében legjobb üzemeltetési stratégiát.

Harmadszor: az APC lehetővé teszi, hogy az üzemek a termelési korlátokhoz közelebb működjenek a működési kockázat növelése nélkül. Így a gyárak az elfogadható minőségi tartalékok fenntartása mellett további áteresztőképességet érhetnek el.

Negyedszer: az APC javítja az erőforrás-hatékonyságot a vegyszerek, a gőz, a villamos energia és a víz szükségtelen felhasználásának minimalizálásával.

Ezek a képességek magyarázzák, hogy az APC bevezetése gyakran gyors megtérülést eredményez.

A cellulózfőzőkben például az APC az alapanyag fafajának, nedvességtartalmának és jellemzőinek ingadozása ellenére is egyenletesebb főzési körülményeket képes fenntartani. Ez az egyenletesség javítja a cellulóz minőségét, miközben csökkenti a vegyszerfelhasználást.

A fehérítési műveletek során az APC segít fenntartani a célként meghatározott fényességi szintet, miközben minimalizálja a vegyszerfelhasználást. A folyamatkörülmények folyamatos értékelésével a rendszer minden termelési helyzethez meghatározza a leghatékonyabb üzemeltetési pontot.

A papírgépek üzemeltetésében az APC hozzájárul a lapminőség javításához, a szakadások számának csökkentéséhez, a jobb futtathatósághoz és az egyenletesebb termelési teljesítményhez.

A modellalapú prediktív szabályozás növekvő szerepe

A cellulóz- és papírgyártásban alkalmazott egyik leghatékonyabb fejlett folyamatirányítási technológia a modellalapú prediktív szabályozás (MPC).

Az MPC a folyamat viselkedését leíró matematikai modelleket használ. Ezek a modellek lehetővé teszik, hogy a rendszer a jelenlegi mérések és a várható zavarások alapján előre jelezze a jövőbeli üzemi körülményeket.

Ahelyett, hogy a változások bekövetkezése után reagálna, az MPC előre jelzi a folyamat válaszait, még mielőtt az eltérések jelentőssé válnának.

A szabályozó kiértékeli a lehetséges szabályozási beavatkozásokat, és kiválasztja azt a stratégiát, amely a működési korlátok betartása mellett a legjobban teljesíti a termelési célokat.

Ez a képesség különösen értékes a cellulóz- és papíripari alkalmazásokban, mivel számos kritikus változót jelentős késleltetések, nemlineáris összefüggések és összetett kölcsönhatások jellemeznek.

Példák:

• A cellulózfőző hőmérsékletének szabályozása
• A mészégető kemence optimalizálása
• A bepárló teljesítményének irányítása
• A gőzrendszer kiegyensúlyozása
• A regeneráló kazán üzemeltetése
• A papírgép nedvességtartalmának szabályozása
• Négyzettömeg-optimalizálás
• A bevonási folyamat irányítása

A hagyományos szabályozási stratégiákkal ellentétben az MPC a teljes folyamat-előretekintési horizontot értékeli, nem csupán az azonnali mérési változásokra reagál. Ez lehetővé teszi a kezelők számára a zavarok előrejelzését és az optimális üzemeltetési feltételek hosszabb időn át történő fenntartását.

Számos vezető automatizálási beszállító ma már MPC-technológiát is beépít APC-platformjaiba, beleértve az ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa és Schneider Electric folyamat-automatizálási architektúráin telepített megoldásokat.

A számítási kapacitás, a historikus adatok, a felhőalapú elemzések és a gépi tanulási eszközök egyre szélesebb körű elérhetősége tovább növelte az MPC-alkalmazások hatékonyságát az iparágban.

Ahol az APC a legnagyobb értéket teremti a modern gyárakban

Bár az APC egy teljes létesítményben is alkalmazható, egyes termelési területek összetettségük, energiaigényességük és az utána következő műveletekre gyakorolt hatásuk miatt következetesen a legnagyobb megtérülést biztosítják.

Az egyik leggyakrabban idézett példa a mészkemence. A vegyszer-visszanyerési ciklus kritikus elemeként a mészkemencék jelentős mennyiségű energiát fogyasztanak, és közvetlenül befolyásolják a gyár teljes gazdaságosságát.

A mészkemence hagyományos üzemeltetése gyakran nagymértékben a kezelői tapasztalatra támaszkodik. A tüzelőanyag minőségének változásai, a betáp jellemzőinek módosulásai és a változó környezeti feltételek instabilitást okozhatnak, ami hatással van a termékminőségre és az energiahatékonyságra.

Az APC szisztematikusabb megközelítést vezet be. A hőmérséklet-profilok, az oxigénszintek, a tüzelőanyag-adagolás és a folyamatkorlátok folyamatos monitorozásával a rendszer stabil üzemeltetési feltételeket tart fenn, miközben minimalizálja az energiafelhasználást.

Számos ipari megvalósítás jelentős hőmérséklet-ingadozáscsökkenést, alacsonyabb oxigénszintet és mérhető tüzelőanyag-megtakarítást mutatott az APC bevezetését követően. Ezek a fejlesztések nemcsak az üzemeltetési költségeket csökkentik, hanem az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérsékléséhez is hozzájárulnak.

A visszanyerő kazánok egy másik nagy értékű APC-alkalmazást képviselnek. Ezek a berendezések központi szerepet töltenek be a vegyszer-visszanyerésben és a gőztermelésben, ezért a megbízhatóság és a hatékonyság kritikus célkitűzés.

A visszanyerő kazán üzemeltetése számos, egymással kölcsönhatásban álló változó egyensúlyban tartását igényli, többek között a lúg szárazanyag-koncentrációját, az égési levegő eloszlását, a gőztermelési célértékeket, a kemencehőmérsékleteket és a kibocsátási követelményeket.

Az APC-rendszerek folyamatosan értékelik ezeket az összefüggéseket, és összehangolt beállításokat hajtanak végre, amelyek javítják az égés hatásfokát, miközben fenntartják a biztonságos üzemeltetési feltételeket. Az eredmény a nagyobb gőztermelés, a hatékonyabb energia-visszanyerés és a stabilabb folyamatműködés.

A párologtatórendszerek szintén jelentős előnyöket profitálnak a fejlett optimalizálásból. A párologtatók nagy mennyiségű gőzt fogyasztanak, és közvetlen hatással vannak a visszanyerési ciklusra.

Az APC prediktív modellezéssel és összehangolt szabályozással segít maximalizálni a párologtatás hatékonyságát, miközben minimalizálja a gőzfelhasználást. A párologtató teljesítményének még kis mértékű javulása is jelentős éves energiamegtakarítást eredményezhet a nagy üzemekben.

A papírgépek üzemeltetésében az APC gyakran a nedvességtartalom szabályozására, a négyzetmétertömeg egyenletességére, a szárítás optimalizálására, a papírszalag stabilitására és a gyártási sebesség növelésére összpontosít.

Mivel a papírgépek folyamatosan, nagy sebességgel működnek, még a kisebb folyamat-ingadozások is jelentős minőségi problémákat vagy termelési veszteségeket okozhatnak. Az APC segít csökkenteni ezeket az ingadozásokat, lehetővé téve a kezelők számára a szűkebb specifikációs határok betartását, miközben növeli a gép termelékenységét.

2. ábra. A nagy teljesítményű motorok, hajtások és automatizálási rendszerek kulcsfontosságú szerepet játszanak a modern cellulóz- és papíripari üzemek termelési hatékonyságának fenntartásában.

Az APC és az energiahatékonyság kapcsolata

Az energia továbbra is a cellulóz- és papírgyártás egyik legnagyobb üzemeltetési költsége. A gőzrendszerek, a visszanyerő kazánok, a szárítószakaszok, a szivattyúk, a ventilátorok, a kompresszorok, a finomítók és a motorok együttesen a teljes gyártási költség jelentős részét teszik ki.

Történelmileg számos üzem a berendezések korszerűsítésére összpontosította energia-megtakarítási erőfeszítéseit. Bár a hardveres fejlesztések továbbra is fontosak, a digitális optimalizálási technológiák egyre gyakrabban hasonló vagy nagyobb előnyöket biztosítanak jelentős tőkebefektetés nélkül.

Az APC közvetlenül hozzájárul az energiahatékonysághoz a folyamatok ingadozásának csökkentésével.

Ha a folyamatok egyenletesebben működnek, a berendezéseknek kevesebb időt kell a zavarok ellensúlyozására fordítaniuk. A gőzfogyasztás kiszámíthatóbbá válik. A szárítórendszerek közelebb működnek az optimális feltételekhez. A kémiai reakciók hatékonyabban mennek végbe. A túlzott biztonsági tartalékok az üzemeltetési kockázat növelése nélkül csökkenthetők.

A szárítási műveletek például gyakran a papírgépen belüli legnagyobb energiafelhasználást jelentik. A nedvességtartalom ingadozásának kis mértékű csökkentése is jelentősen mérsékelheti a gőzigényt, miközben a késztermék specifikációi változatlanok maradnak.

Hasonlóképpen, az APC a kívánt rostjellemzők és az energiafelhasználás kiegyensúlyozásával optimalizálhatja a finomítási műveleteket. A rendszer nem alkalmaz túlzott finomítási energiát, hanem folyamatosan módosítja az üzemi paramétereket, hogy minimális energiafogyasztás mellett érje el a minőségi célokat.

Ahogy a fenntarthatósági kezdeményezések egyre fontosabbá válnak, ezek a hatékonyságnövelő fejlesztések pénzügyi és környezeti előnyöket egyaránt biztosítanak. Az energiafelhasználás csökkentése mérsékli az üzemeltetési költségeket, miközben támogatja a vállalati dekarbonizációs célokat.

Az automatizált papírvizsgálat közelebb hozza a minőség-ellenőrzést a valós időhöz

A minőség továbbra is a cellulóz- és papíripar egyik legfontosabb versenyelőny-megkülönböztető tényezője. Az ügyfelek a gyártási mennyiségtől, a gép sebességétől vagy a nyersanyagok változékonyságától függetlenül állandó minőséget várnak el.

A hagyományos laboratóriumi vizsgálati módszerek régóta értékes minőségi információkat biztosítanak, de korlátaik is vannak. A mintákat össze kell gyűjteni, szállítani, előkészíteni, elemezni és jelenteni kell, mielőtt végrehajthatók lennének a korrekciós intézkedések.

Ez a késedelem rést hoz létre a folyamatkörülmények és a minőségi visszajelzés között.

Az automatizált papírvizsgálati rendszerek segítenek áthidalni ezt a rést.

A modern vizsgálati platformok minimális kezelői beavatkozással a mérések széles körét képesek elvégezni. A szakítószilárdság, a szakítóerő, a nyomószilárdság, a vastagság, a nedvességtartalom, a fényesség, az átlátszatlanság, a simaság és a merevség többek között gyorsan és következetesen értékelhető.

Az előnyök messze túlmutatnak a munkaerőköltség-megtakarításon.

Az automatizálás a humán eltérések számos forrásának kiküszöbölésével javítja a megismételhetőséget. Emellett növeli a vizsgálatok gyakoriságát, így a papírgyárak lényegesen nagyobb adathalmazokat hozhatnak létre, mint ami manuális módszerekkel reálisan megvalósítható lenne.

Az alkalomszerű laboratóriumi mintavétel helyett a kezelők folyamatos minőségi információáramláshoz férnek hozzá, ami gyorsabb döntéshozatalt tesz lehetővé.

Ez a képesség különösen hatékonnyá válik, ha APC-platformokkal integrálják.

A minőségi mérések közvetlenül beépíthetők az optimalizálási algoritmusokba, így a vezérlőrendszer folyamatosan módosíthatja az üzemeltetési feltételeket a változó termékkövetelményeknek megfelelően.

A rendszer ahelyett, hogy egyszerűen csak a gyártás után észlelné a minőségi problémákat, aktívan dolgozik azok megelőzésén.

Miért ugyanolyan fontos az adatok minősége, mint a folyamatirányítás?

Minden APC-kezdeményezés sikere nagymértékben az adatok minőségétől függ.

Számos papírgyárban több ezer, az üzem egész területén elosztott érzékelő található. Az érzékelők nagy száma azonban önmagában nem garantál hasznos információkat.

A pontatlan mérések, a kalibráció eltolódása, a kommunikációs hibák, a történeti adatok hiányosságai és az inkonzisztens adatgyűjtési gyakorlatok korlátozhatják az optimalizálási programok hatékonyságát.

Ennek eredményeként a vezető digitális transzformációs projektek gyakran műszerezési felmérésekkel kezdődnek.

A mérnökök a fejlett analitika vagy APC-alkalmazások bevezetése előtt felmérik az érzékelők állapotát, a kommunikációs infrastruktúrát, a történeti adatbázis teljesítményét és az adatkezelési gyakorlatokat.

A műszerezés korszerűsítései gyakran önmagukban is jelentős előnyöket biztosítanak. A modern jeladók, analizátorok, rezgésfigyelő rendszerek, intelligens motorvezérlők és IIoT-kompatibilis eszközök jobb rálátást biztosítanak a kritikus termelési eszközökre.

A kondíciómonitorozási technológiák például már azelőtt azonosíthatják a kialakuló berendezéshibákat, hogy azok költséges leállást okoznának. A prediktív karbantartási programok rezgéselemzést, hőmérséklet-monitorozást és gépi tanulási algoritmusokat alkalmaznak az eszközök állapotromlásának korai jelei felismerésére.

Ez az információ kiegészíti az APC-t azzal, hogy biztosítja: a termelési eszközök megbízhatóan képesek végrehajtani az optimalizálási stratégiákat.

Egészséges berendezések és megbízható mérések nélkül még a legkifinomultabb optimalizálási platform sem képes fenntartható eredményeket elérni.

Az informatikai technológia és az operatív technológia összekapcsolása

A cellulóz- és papírgyártás egyik legjelentősebb változása az informatikai technológia (IT) és az operatív technológia (OT) összeolvadása.

Történelmileg a termelési rendszerek és az üzleti rendszerek egymástól függetlenül működtek. A folyamatirányítási hálózatok a berendezések működésére összpontosítottak, miközben a vállalati alkalmazások a tervezést, a beszerzést, a készletgazdálkodást és a pénzügyi tevékenységeket kezelték.

Napjainkban ezek a környezetek egyre inkább összekapcsolódnak.

A termelési adatok ma már a terepi műszerektől a PLC-ken, PAC-okon, DCS-platformokon, historizáló rendszereken, gyártás-végrehajtási rendszereken (MES) és vállalati szoftverkörnyezeteken keresztül áramlanak. Ez az integráció új lehetőségeket teremt a működés átláthatóságának növelésére és az üzleti folyamatok optimalizálására.

Az üzemvezetők közel valós időben értékelhetik a termelés teljesítményét. A karbantartási csapatok hozzáférnek az eszközök állapotára vonatkozó prediktív információkhoz. Az ellátási lánc munkatársai pontosabb termelési előrejelzéseket kapnak. A felsővezetés nagyobb rálátást nyer a működési teljesítménymutatókra.

Ennek eredményeként agilisabb szervezet jön létre, amely gyorsabban képes reagálni a változó piaci körülményekre.

Ez a kapcsolódás azonban kiberbiztonsági szempontokat is felvet. A digitalizáció bővülésével az üzemeknek meg kell védeniük kritikus irányítórendszereiket az egyre kifinomultabb kiberveszélyekkel szemben.

A sikeres digitális átalakuláshoz ezért kiegyensúlyozott stratégiára van szükség, amely ötvözi a működési hatékonyságot, a rendszer megbízhatóságát és a kiberbiztonsági ellenálló képességet.

A minőség-ellenőrző rendszerek stratégiai termelési eszközökké válnak

Miközben az APC a folyamat teljesítményének optimalizálására összpontosít, a minőség-ellenőrző rendszerek (QCS) biztosítják azt az átláthatóságot, amely szükséges annak garantálásához, hogy minden optimalizálási döntés megfeleljen a termékspecifikációknak.

A modern papíripari vevők egyre szűkebb tűréshatárokat követelnek meg. A csomagolóanyag-gyártók, a tissue-papír gyártói, a különleges papírok beszállítói és a nyomtatópapír-gyártók mind egyenletes termékjellemzőket igényelnek minden gyártási sorozatban.

Ezen elvárások teljesítése kihívást jelent, amikor a gyártási sebesség meghaladja a percenkénti több ezer métert.

Itt nyújtanak kivételes értéket a QCS-platformok.

A hagyományos laboratóriumi vizsgálatokkal ellentétben a QCS-megoldások a teljes gyártás során folyamatosan figyelik a kritikus minőségi paramétereket. A pásztázó érzékelők végighaladnak a lap teljes szélességén, és olyan méréseket gyűjtenek, amelyek segítenek a kezelőknek azonosítani az eltéréseket, mielőtt azok jelentős minőségi problémává válnának.

A leggyakrabban mért fő paraméterek:

• Négyzetmétertömeg
• Nedvességprofil
• Lapvastagság
• Bevonattömeg
• Rostorientáció
• Hamutartalom
• Átlátszatlanság
• Fényesség
• Színállandóság

Ezek a mérések átfogó képet adnak a gép teljesítményéről és a termékminőségről. Az időszakos mintavételezésre való támaszkodás helyett a kezelők folyamatosan áttekinthetik a gyártás minden szakaszát.

Az APC-vel integrálva a QCS még hatékonyabbá válik.

A minőségi mérések automatikusan befolyásolhatják a folyamatbeállításokat, zárt hurkú optimalizálási környezetet létrehozva, amelyben a termelési hatékonyságot és a termékminőséget egyidejűleg kezelik.

Ez az integráció csökkenti a specifikáción kívüli gyártást, mérsékli a vevői reklamációk számát, csökkenti a hulladékképződést, és javítja az általános jövedelmezőséget.

A naponta több ezer tonna papírt gyártó, nagy volumenű üzemekben már a minőség állandóságának kisebb javulásai is jelentős pénzügyi megtérülést eredményezhetnek.

A mesterséges intelligencia kibővíti a folyamatoptimalizálás lehetőségeit

Bár az APC- és QCS-technológiákat már sok éve sikeresen alkalmazzák, a mesterséges intelligencia legújabb fejlesztései kibővítik, hogy az üzemek mire képesek az üzemi adatok felhasználásával.

A gépi tanulási algoritmusok olyan mintázatokat is képesek azonosítani, amelyeket a hagyományos vezérlőrendszerek vagy az emberi kezelők nehezen ismernek fel.

A több évnyi termelési előzmény elemzésével a mesterséges intelligencián alapuló platformok feltárhatják a nyersanyagminőség, a folyamatkörülmények, a berendezések teljesítménye, a környezeti változók és a végtermék jellemzői közötti kapcsolatokat.

Ez a képesség az optimalizálási alkalmazások új generációját támogatja.

A gépi tanulási modellek például még a gyártás befejezése előtt előre jelezhetik a papírminőségi eredményeket. A kezelők előzetes figyelmeztetést kapnak, amikor a folyamat körülményei a minőségi eltérések nagyobb valószínűségére utalnak.

A karbantartási csapatok szintén profitálhatnak a mesterséges intelligencián alapuló elemzésekből.

A berendezések meghibásodása ritkán következik be előjel nélkül. A motorok, szivattyúk, hajtóművek, finomítók, vákuumrendszerek és forgó gépek meghibásodás előtt jellemzően mérhető változásokat okoznak a rezgésben, a hőmérsékletben, az energiafogyasztásban vagy a folyamat viselkedésében.

A mesterséges intelligencián alapuló rendszerek folyamatosan elemzik ezeket a jeleket, és azonosítják azokat a rendellenes üzemállapotokat, amelyek kialakuló berendezéshibákra utalhatnak.

Ez a megközelítés olyan prediktív karbantartási stratégiákat támogat, amelyek csökkentik a nem tervezett állásidőt és javítják az eszközök kihasználtságát.

Számos üzemben a prediktív karbantartási programok ma már az APC-kezdeményezések mellett működnek egy szélesebb körű digitális transzformációs stratégia részeként.

A kombináció olyan nagy teljesítményű működési keretrendszert hoz létre, amelyben a folyamatokat folyamatosan optimalizálják, miközben a kritikus eszközöket folyamatosan felügyelik.

3. ábra. Az olyan digitális technológiák, mint az AI, az IIoT, az analitika, az APC és a prediktív karbantartás, segítik a cellulóz- és papírgyártókat az ellenálló képesség és a működési teljesítmény javításában.

Hogyan támogatják a vezető automatizálási platformok az APC bevezetését?

Az APC hatékonysága nagymértékben függ az azt támogató automatizálási infrastruktúrától. Szerencsére a modern cellulóz- és papíripari létesítmények olyan nagy teljesítményű irányítási platformokhoz férhetnek hozzá, amelyeket kifejezetten összetett folyamatipari környezetekhez terveztek.

Az ABB System 800xA továbbra is az iparág egyik legismertebb megoldása: egyetlen egységes környezetben ötvözi a folyamatirányítást, az elektromos integrációt, az APC-alkalmazásokat, a történeti adatbázis funkcióit és az eszközgazdálkodást. A platform azon képessége, hogy több termelési területről származó információkat integráljon, különösen alkalmassá teszi nagy léptékű cellulóz- és papíripari műveletekhez.

A Honeywell Experion PKS egy másik, széles körben alkalmazott architektúrát kínál a folyamatintenzív létesítmények számára. A folyamatirányítást, a riasztáskezelést, a kezelői hatékonyságot és az egész üzemre kiterjedő áttekintést integráló megközelítése támogatja az optimalizálási kezdeményezéseket mind a termelési, mind a közműrendszerekben.

Az Emerson DeltaV továbbra is jelentős szerepet játszik azokban az üzemekben, amelyek magas szintű folyamatstabilitásra és működési rugalmasságra törekednek. Fejlett szabályozási képességei, kiterjedt analitikai funkciói és életciklus-támogató eszközei együttesen segítik a kezelőket a teljesítmény javításában, miközben fenntartják a rendszer megbízhatóságát.

A Yokogawa CENTUM VP-t gyakran olyan létesítményekben választják, ahol elsődleges szempont az üzembiztos működés folyamatossága és a rendszer hosszú távú rendelkezésre állása. Folyamatközpontú kialakítása támogatja az összetett APC-alkalmazásokat, miközben biztosítja a folyamatos termelési környezetekben elvárt magas megbízhatóságot.

A beszállító kiválasztásától függetlenül a sikeres APC-bevezetések jellemzően több közös jellemzővel rendelkeznek: megbízható műszerezés, robusztus irányítási infrastruktúra, pontos folyamatmodellek, erős operátori részvétel és folyamatos teljesítmény-monitorozás.

A technológia önmagában ritkán garantálja a sikert. A fenntartható eredményekhez szervezeti elkötelezettségre és folyamatos optimalizálási erőfeszítésekre van szükség.

Úton az autonóm üzem felé

Az autonóm működés koncepciója gyorsan egyre nagyobb figyelmet kap a cellulóz- és papíriparban.

Az autonóm üzem nem szünteti meg az emberi közreműködést. Ehelyett fejlett automatizálási technológiákat alkalmaz, amelyek lehetővé teszik, hogy a személyzet a nagyobb hozzáadott értékű döntéshozatalra összpontosítson, miközben a rutinszerű optimalizálási tevékenységek automatikusan zajlanak.

Ebben a jövőképben az APC folyamatosan kezeli a folyamat stabilitását. A QCS fenntartja a termékminőséget. Az MI előre jelzi a jövőbeli működési körülményeket. A prediktív karbantartási rendszerek még a meghibásodások bekövetkezése előtt azonosítják a berendezések kockázatait. A digitális ikrek működési forgatókönyveket szimulálnak. A kezelők fejlett vizualizációs platformokon keresztül felügyelik a termelést, ahelyett hogy manuálisan állítanák az egyes szabályozási köröket.

Az iparág több vezető szereplője már megkezdte e stratégia egyes elemeinek bevezetését.

A gépi tanulási modellek segítik a termeléstervezést. Az automatizált minőségirányítási rendszerek csökkentik a laboratóriumi munkaterhelést. Az APC-alkalmazások folyamatosan optimalizálják az energiaigényes eszközöket. A felhőalapú elemzési platformok a teljes vállalatra kiterjedő működési átláthatóságot biztosítanak.

Bár a teljesen autonóm üzemek továbbra is hosszú távú célkitűzést jelentenek, az alapul szolgáló technológiák már ma is mérhető üzleti értéket teremtenek.

Az átállás fokozatosan, nem pedig egyetlen átalakítási projekt keretében zajlik. Minden sikeres APC-bevezetés, prediktív karbantartási kezdeményezés és MI-alkalmazás közelebb viszi az üzemeket az autonómabb működési modellhez.

A folyamatadatoktól a versenyelőnyig

A cellulóz- és papíripar új korszakba lépett, amelyben a működési teljesítmény egyre inkább attól függ, hogy a szervezetek milyen hatékonyan használják fel az adatokat.

A fejlett folyamatirányítás, az automatizált tesztelési rendszerek, a minőség-ellenőrzési rendszerek, a mesterséges intelligencia és az IIoT-technológiák már nem kísérleti koncepciók. A jövedelmezőség, a fenntarthatóság és a versenyképesség javításának nélkülözhetetlen eszközeivé válnak.

Azok az üzemek, amelyek sikeresen integrálják ezeket a technológiákat, csökkenthetik a változékonyságot, javíthatják a termékek állandóságát, mérsékelhetik az energiafogyasztást, optimalizálhatják az erőforrások felhasználását, és jelentős fizikai bővítések nélkül növelhetik az áteresztőképességet.

A legsikeresebb megvalósítások bizonyítják, hogy a digitális átalakulás nem csupán arról szól, hogy több információt gyűjtünk. A valódi érték abból származik, hogy a működési adatokat olyan hasznosítható információvá alakítjuk, amely javítja a döntéshozatalt a teljes értékláncban.

Ahogy a termelési igények folyamatosan változnak, az APC továbbra is az egyik legfontosabb lehetővé tevő technológia marad, amely segít a cellulóz- és papírgyártóknak áthidalni a működési kiválóság és a hosszú távú üzleti teljesítmény közötti szakadékot.