Өнеркәсіптік автоматтандыру дәуіріндегі үнемді өндіріс: тиімділігі жоғары өндірістік жүйелерді құру

Қазіргі өнеркәсіпте үнемді өндіріс неліктен маңызды болып қала береді

Соңғы жиырма жылда өндіріс айтарлықтай өзгерді. Цифрлық трансформация, өнеркәсіптік автоматтандыру, озық аналитика және ақылды зауыт технологиялары өнімдердің жобалану, өндірілу және жеткізілу тәсілдерін өзгертті. Осы жетістіктерге қарамастан, өндірушілер әлі де негізгі мәселенің алдында тұр: шығындарды бақылап, тұтынушылардың үмітін ақтай отырып, жоғары сапалы өнімдерді тиімді өндіру.

Осы қиындық үнемді өндірістің қазіргі өнеркәсіптегі ең ықпалды операциялық философиялардың бірі болып қала беретінін түсіндіреді. Үнемді өндіріс ысырапты барынша азайта отырып, тұтынушы үшін құндылықты барынша арттыруға бағытталады. Әрбір әрекет, процесс және ресурс түпкі тұтынушыға құндылық жеткізуге тікелей немесе жанама түрде үлес қосуы керек.

Тұжырымдама қарапайым көрінгенімен, шын мәніндегі үнемді өндіріс нәтижесіне қол жеткізу өндіріс процестерін, материал ағынын, жабдықтың сенімділігін және ұйымдағы мінез-құлықты терең түсінуді талап етеді. Үнемді өндіріс қағидаттарын сәтті енгізген компаниялар ысырапты жою бір реттік жоба емес екенін жиі аңғарады. Керісінше, ол бақылау, өлшеу, талдау және жетілдірудің үздіксіз процесіне айналады.

Бүгінде өндірушілер осы жұмыстарды қолдау үшін өнеркәсіптік автоматтандыру технологияларына барған сайын көбірек сүйенеді. Бағдарламаланатын логикалық контроллерлер (PLC), үлестірілген басқару жүйелері (DCS), бақылау және деректерді жинаудың супервизорлық жүйелері (SCADA), өндірісті орындауды басқару жүйелері (MES) және өнеркәсіптік байланыс желілері тиімсіздіктерді анықтап, операциялық тиімділікті арттыру үшін қажетті көрінуді қамтамасыз етеді.

Өнеркәсіптік автоматтандыру үнемді өндіріс қағидаттарын алмастырмай, олардың тиімділігін арттырады. Нақты уақыттағы деректер шешім қабылдауды жеделдетеді, болжамды аналитика жасырын тиімсіздіктерді анықтайды, ал өзара байланысқан жүйелер өндірістік операциялардың бұрын-соңды болмаған деңгейде көрінуін қамтамасыз етеді.

Нәтижесінде қазіргі үнемді өндіріс енді процестерді картаға түсірумен және жұмыс ағындарын жетілдірумен ғана шектелмейді. Ол операциялық мінсіздікті озық өнеркәсіптік технологиялармен біріктіретін кешенді стратегияға айналды.

Құндылықты тұтынушы тұрғысынан түсіну

Әрбір сәтті үнемді өндіріс бастамасы қарапайым сұрақтан басталады: Тұтынушы шын мәнінде нені бағалайды?

Өндірушілер көбіне өндіріс кестелеріне, жабдықтарды пайдалану деңгейіне, қор көлеміне және бөлімдердің тиімділігіне назар аударып, ішкі мәселелерге шоғырланады. Бұл көрсеткіштер әлі де маңызды болғанымен, үнемді өндіріс ұйымдарды операцияларды тұтынушы тұрғысынан бағалауға ынталандырады.

Тұтынушылар ішкі күрделілікке сирек қызығады. Олар бәсекеге қабілетті бағамен сапалы өнім алуға, оның уақытында жеткізілуіне және күтілгендей жұмыс істеуіне мән береді.

Осы нәтижелерге тікелей ықпал ететін кез келген қызметті құн қосатын қызмет деп санауға болады. Өнімді немесе тұтынушы тәжірибесін жақсартпастан ресурстарды тұтынатын қызмет түрлері ықтимал ысырап болып саналады.

Өндірістегі ысыраптың кең таралған түрлеріне мыналар жатады:

• Артық өндіру
• Артық қор
• Қажетсіз тасымалдау
• Күту уақыты
• Ақаулар және қайта өңдеу
• Шамадан тыс қозғалыс
• Артық өңдеу

Бұл ысырап көздерін анықтау үздіксіз жетілдірудің негізін қалайды.

Заманауи өнеркәсіптік автоматтандыру бұл анықтау процесін едәуір жақсартады. Сенсорлар, контроллерлер және мониторинг жүйелері операциялық деректерді үздіксіз жинап, қолмен бақылау кезінде байқалмайтын тиімсіздіктерді анықтайды.

Мысалы, өндіріс басшысы орау машинасы толық тоқтауды сирек болғандықтан тиімді жұмыс істейді деп ойлауы мүмкін. Алайда PLC қалыптастыратын өнімділік деректері жиі болатын қысқа тоқтауларды, жұмыс жылдамдығының төмендеуін немесе өнімділікті жиынтық түрде азайтатын оператордың қайталама араласуын көрсетуі мүмкін.

Нақты операциялық деректер болмаған жағдайда, бұл жасырын шығындар көбіне анықталмай қалады.

Өндірістік ортаны жаңғыртып жатқан ұйымдар өндірістік операциялардың бүкіл кезеңінде көрінуді жақсарту және деректерге негізделген шешім қабылдауды қолдау үшін озық PLC және PAC жүйелерін жиі енгізеді.

Байланысты өндірістік ортадағы құн ағындарын карталау

Тұтынушы үшін құнды анықтағаннан кейін, үнемді өндіріс мамандары құнның ұйым ішінде қалай қозғалатынын түсінуге назар аударады. Бұл процесс әдетте Құн ағынын карталау (VSM) деп аталады.

Дәстүрлі құн ағыны карталары материалдардың жеткізушілерден өндірістік процестер арқылы, түпкілікті тұтынушыларға дейінгі қозғалысын көрсетеді. Бұл карталар ұйымдарға кідірістерді, тар орындарды, қайталанатын әрекеттерді және құн қоспайтын қызмет түрлерін анықтауға көмектеседі.

Дәстүрлі құн ағынын карталау әлі де өте тиімді болғанымен, заманауи өндірушілер цифрлық ақпарат ағындарын да ескеруі керек.

Қазіргі өндірістік орталар сенсорлардан, PLC жүйелерінен, машиналық көру жүйелерінен, робототехникадан, жетектерден, анализаторлардан және кәсіпорынның бағдарламалық платформаларынан орасан зор көлемде операциялық деректер қалыптастырады.

Кешенді цифрлық құн ағыны мыналарды қамтиды:

• Материал ағыны
• Өндірісті жоспарлау туралы ақпарат
• Сапа жазбалары
• Техникалық қызмет көрсету деректері
• Қор туралы ақпарат
• Процесті басқару параметрлері
• Жабдық өнімділігінің көрсеткіштері

Осы ақпарат ағындарын біріктіретін өндірушілер операциялық көрсеткіштерді толық түсінеді.

Бірнеше механикалық өңдеу ұяшығында дәл бөлшектер өндіретін автокөлік бөлшектерін жеткізушіні қарастырайық. Құн ағынының дәстүрлі талдауы механикалық өңдеу және тексеру станциялары арасындағы кідірістерді анықтауы мүмкін. Алайда цифрлық талдау жабдықты қайта баптау, құралдардың қолжетімділігі және жоспарлау қайшылықтары тасымалдау кідірістеріне қарағанда тоқтап тұру уақытына едәуір көбірек әсер ететінін көрсетуі мүмкін.

Бұл кеңейтілген көрініс жақсарту бастамаларын тиімдірек жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Қазір көптеген ұйымдар өндірістік операциялардың нақты уақыттағы цифрлық көріністерін жасау үшін SCADA платформаларымен қатар Manufacturing Execution Systems (MES) жүйелерін де пайдаланады. Бұл жүйелер өндіріс күйін, жабдық өнімділігін және жұмыс процесінің тиімділігін үздіксіз көруге мүмкіндік береді.

Өндіріс күрделене түскен сайын физикалық және цифрлық құн ағындарының екеуін де картаға түсіру мүмкіндігі барған сайын маңызды бола түсуде.

Өндіріс ағынын бірқалыпты әрі болжамды ету

Ағын — үнемді өндірістегі ең маңызды ұғымдардың бірі. Өндіріс бірқалыпты жүргенде, өнімдер операциялар арқылы аз кідіріспен, үзіліспен және тар орындармен тиімді қозғалады.

Өкінішке қарай, көптеген өндіріс орындары өндіріс ағынының тұрақсыздығына тап болады. Материалдар кезекте тұрып қалады, жабдық тоқтап қалады, операторлар жоспарлау қайшылықтарына кезігеді, ал өндіріс басымдықтары жиі өзгереді.

Әрбір үзіліс тиімділікті төмендетіп, операциялық шығындарды арттырады.

Өнеркәсіптік автоматтандыру өндірістік жүйелердегі ағынды жақсартуға арналған қуатты құралдар ұсынады.

Заманауи басқару жүйелері өндіріс көрсеткіштерін, жабдық күйін және процесс жағдайларын үздіксіз бақылайды. Нақты уақыттағы ақпарат супервайзерлерге өндіріс жұмысына елеулі әсер етпей тұрып, туындап келе жатқан тар орындарды анықтауға мүмкіндік береді.

Мысалы, датчиктермен жабдықталған конвейер жүйелері материалдардың жиналып қалғанын анықтап, жоғарғы ағындардағы өндіріс қарқынын автоматты түрде реттей алады. Қаптама жүйелері өндіріс ағынының теңгерімді болуын қамтамасыз ету үшін құю жабдығымен тікелей байланыса алады. Автоматтандырылған жоспарлау платформалары өзгеріп отыратын өндірістік талаптарға қарай ресурстарды динамикалық түрде бөле алады.

Бұл мүмкіндіктер өндірушілерге күту уақытын қысқартуға, аяқталмаған өндіріс қорын азайтуға және жалпы өндіріс тиімділігін арттыруға көмектеседі.

Industry 4.0 өндірістің үнемділігін арттыру мүмкіндіктерін кеңейтуде

Үнемді өндіріс өнеркәсіптік лексиконға Өнеркәсіптік заттар интернеті (IIoT), бұлтты есептеу, жасанды интеллект және шеткі аналитика сияқты ұғымдар енгенге дейін әлдеқайда бұрын пайда болған. Соған қарамастан, мақсаттар айтарлықтай ұқсас күйінде қалды. Үнемді өндіріс те, Индустрия 4.0 де тиімділікті арттыруға, ысырапты жоюға, көрінуді жақсартуға және үздіксіз жетілдіруді қолдауға ұмтылады.

Айырмашылық қолжетімді құралдарда жатыр.

Индустрия 4.0 технологиялары өндірушілерге тиімсіздіктерді дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда жоғары дәлдікпен анықтауға мүмкіндік береді. Датчиктер үдеріс деректерін үздіксіз жинайды, өнеркәсіптік желілер ақпаратты нысандар бойынша тасымалдайды, ал аналитикалық платформалар бастапқы ақпаратты нақты әрекетке жарамды талдамалық дерекке айналдырады.

Нәтижесінде өндірушілер өнімділік мәселелерін олар елеулі операциялық проблемаларға айналмай тұрып анықтай алады.

Мысалы, өндірістік желі цикл уақытының ұзаруы, ақаулы өнім үлесінің өсуі немесе жабдықтың біртіндеп тозуы салдарынан тиімділігін біртіндеп жоғалтса да, рұқсат етілген шектерде жұмысын жалғастыруы мүмкін. Дәстүрлі есеп беру әдістері бұл үрдістерді өндірістік мақсаттарға қол жеткізілмейінше көрсетпеуі мүмкін.

Заманауи аналитикалық платформалар бұл өзгерістерді автоматты түрде анықтап, өнімділіктің төмендеуі елеулі деңгейге жетпей тұрып қызметкерлерге ескерту жібере алады.

Бұл алдын ала әрекет ету тәсілі ысыраптың жиналмай тұрып жойылуы арқылы үнемді өндіріс қағидаттарына толық сәйкес келеді.

Жасанды интеллект және өндірістің озық аналитикасы

Жасанды интеллект заманауи өндірістегі ең көп талқыланатын технологиялардың біріне айналды. Бұл термин көбіне футуристік ұғымдармен байланыстырылғанымен, өнеркәсіптік қолданыстар қазірдің өзінде өлшенетін құндылық беріп отыр.

Жасанды интеллект жүйелері адам операторларына анықтау қиын болатын ауқымды деректер жиындарындағы заңдылықтарды анықтауда аса тиімді.

Өндірістік ортада бұл мүмкіндіктер мыналарды қолдайды:

• Болжамды техникалық қызмет көрсету бағдарламалары
• Сапаны оңтайландыру
• Энергияны басқару
• Өндірісті жоспарлау
• Қорларды болжау
• Үдерісті оңтайландыру

Мысалы, жасанды интеллектке негізделген сапа жүйесі өнім сапасына қай жұмыс жағдайларының барынша ықпал ететінін анықтау үшін мыңдаған үдеріс айнымалысын бір уақытта талдай алады.

Содан кейін инженерлер ақауларды азайтып, тұрақтылықты жақсарту үшін жұмыс параметрлерін алдын ала реттей алады.

Сол сияқты, машиналық оқыту алгоритмдері ақаулар орын алмай тұрып оларды болжау үшін техникалық қызмет көрсету жазбаларының, операциялық үрдістердің және жабдық өнімділігі туралы деректердің көпжылдық көлемін бағалай алады.

Нәтижесінде жабдықтың қолжетімділігі артып, техникалық қызмет көрсету шығындары азайып, операциялық ысырап төмендейді.

Ең маңыздысы, жасанды интеллект үнемді өндіріс әдістемелерін алмастырмайды. Керісінше, ол өндірушілерге үздіксіз жетілдіру бастамаларын қолдауға арналған анағұрлым озық құралдар ұсынады.

Цифрлық егіздер өндірушілердің процестерді жетілдіру тәсілін өзгертуде

Өнеркәсіптік автоматтандыру саласындағы ең перспективалы даму бағыттарының бірі — цифрлық егіз технологиясын енгізу.

Цифрлық егіз — физикалық активтің, машинаның, процестің немесе өндірістік нысанның виртуалды көрінісі. Цифрлық модель физикалық жүйеден операциялық деректерді үздіксіз қабылдап, нақты жұмыс жағдайларының дәлме-дәл нақты уақыттағы көрінісін қалыптастырады.

Бұл мүмкіндік үнемді өндіріс бағдарламалары үшін елеулі мүмкіндіктер туғызады.

Инженерлер өндірістік активтерде тікелей тәжірибе жасаудың орнына, процесс өзгерістерін виртуалды ортада бағалай алады.

Өндірушілер мыналарды модельдей алады:

• Өндірістік желілерді өзгерту
• Жабдықтарды жаңарту
• Жаңа өнімдерді енгізу
• Материал ағынын өзгерту
• Өндірістік қуатты кеңейту жобалары
• Техникалық қызмет көрсету стратегиялары

Ықтимал мәселелерді енгізуге дейін анықтауға болады, бұл жоба тәуекелін азайтып, жетілдіру бастамаларын жеделдетеді.

Операциялық мінсіздікке ұмтылатын ұйымдар үшін цифрлық егіздер деректерге негізделген шешім қабылдауды қолдаудың қуатты тетігін ұсынады.

Модельдеу дәлдігі арта түскен сайын цифрлық егіз технологиясы ақылды өндіріс стратегияларының барған сайын маңызды құрамдасына айналады деп күтіледі.

Ақылды зауыттар өзара байланысқан автоматтандыру жүйелеріне тәуелді

Ақылды зауыт тұжырымдамасы жабдықтарды автоматтандырудан әлдеқайда кең.

Шын мәнінде ақылды зауыт өндірістік жүйелерді, техникалық қызмет көрсету операцияларын, сапаны басқару процестерін, қорларды басқару жүйелерін және бизнес-қолданбаларды өзара байланысқан экожүйеге біріктіреді.

Ақпарат ұйым шекаралары арқылы кедергісіз өтіп, шешімдерді жылдам қабылдауға және операцияларды үйлестіруді жақсартуға мүмкіндік береді.

Ақылды өндіріс орталарын қолдайтын негізгі технологияларға мыналар жатады:

• PLC және PAC жүйелері
• Таратылған басқару жүйелері (DCS)
• SCADA платформалары
• Өндірісті орындауды басқару жүйелері
• Өнеркәсіптік Ethernet желілері
• Бұлттық аналитика платформалары
• Өнеркәсіптік киберқауіпсіздік шешімдері

Бұл технологиялар өндірістік операциялардың барлық кезеңдерінде ашықтық қалыптастыру үшін бірлесіп жұмыс істейді.

Шешім қабылдаушылар операциялық ақпаратқа нақты уақыт режимінде қол жеткізсе, өндірістік топтар үздіксіз жетілдіру жұмыстарына қолдау көрсететін іске жарамды түсініктер алады.

Автоматтандыру инфрақұрылымын жаңғыртып жатқан кәсіпорындар болашақтағы цифрлық трансформация бастамаларын қолдай алатын озық таратылған басқару жүйелерін және біріктірілген басқару архитектураларын жиі бағалайды.

Жағдайлық зерттеу: Honeywell DCS жүйесін жаңғырту арқылы үнемділікті арттыру

Бірнеше үздіксіз өндірістік қондырғыда жұмыс істейтін арнайы химикаттар өндірушісі процестердің өзгермелілігіне, өнім сапасының тұрақсыздығына және операторлардың шамадан тыс араласуына байланысты тұрақты қиындықтарға тап болды.

Кәсіпорын процестердің тиімділігін бақылау мүмкіндігін шектейтін ескірген басқару инфрақұрылымына сүйенді.

Осы қиындықтарды шешу үшін ұйым жаңа Honeywell үлестірілген басқару жүйесіне негізделген жаңғырту бағдарламасын іске асырды.

Жоба мыналарды қамтыды:

• Процестерді бақылау жетілдірілді
• Дабылдарды басқару жақсарды
• Процестерді басқарудың озық стратегиялары
• Оператор интерфейстерін орталықтандыру
• Тарихи деректерді жинау

Енгізуден кейін операторлар процестердің жағдайын едәуір жақсырақ бақылай алды. Процестегі ауытқулар ертерек анықталып, басқару тиімділігі жақсарды және өндіріс өзгермелілігі азайды.

Басшылық негізгі себептерді зерттеу мен үздіксіз жетілдіру бастамаларын қолдайтын тарихи көрсеткіштер туралы ақпаратқа да қол жеткізді.

Нәтижесінде қалдықтар айтарлықтай азайып, өнім сапасының тұрақтылығы жақсарды және өндіріс тиімділігі артты.

Бұл мысал заманауи басқару жүйелерінің үнемді өндіріс мақсаттарын қалай тікелей қолдай алатынын көрсетеді.

Тәжірибелік мысал: ABB автоматтандыруы және өндірісті оңтайландыру

Ірі целлюлоза-қағаз өндірісі энергия тұтыну мен жоспардан тыс тоқтап қалуларды азайта отырып, өндіріс тиімділігін арттыруды көздеді.

Бірнеше жетілдіру бағдарламасы бұрыннан іске асырылғанымен, басшылықта процестердің тиімділігі, жабдықтардың сенімділігі және операциялық тиімділік арасындағы өзара байланысты жеткілікті деңгейде көру мүмкіндігі болмады.

Кәсіпорын процестерді басқару жүйелерін, техникалық қызмет көрсету платформаларын және өндіріс туралы есеп беру құралдарын біріктіретін ABB автоматтандырудың кешенді шешімін енгізді.

Бірнеше бөлімде нақты уақыттағы ақпарат қолжетімді болып, өндіріс қызметкерлеріне, техникалық қызмет көрсету топтарына және зауыт басшыларына тиімдірек ынтымақтасуға мүмкіндік берді.

Одан кейін бірнеше маңызды жетілдіру жүзеге асырылды:

• Процестердің өзгермелілігі азайды
• Жабдықтарды пайдалану тиімділігі артты
• Энергия тұтыну азайды
• Мәселелерді шешу жылдамдады
• Өндірісті жоспарлау жақсарды

Нәтижесінде ұйым өнімділік пен операциялық сенімділікте айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізді.

Бәлкім, одан да маңыздысы — кәсіпорында шешімдер болжамдарға емес, операциялық деректерге көбірек негізделетін мәдениет қалыптасты.

Бұл мәдени өзгеріс кез келген сәтті үнемді трансформация бастамасының ең құнды нәтижелерінің бірі болып қала береді.

Үздіксіз жетілдіру мәдениетін қалыптастыру

Технологияның өзі ғана үнемді ұйым құра алмайды.

Жетілдірілген басқару жүйелері, болжамды техникалық қызмет көрсету платформалары, өнеркәсіптік желілер және аналитика бағдарламалық жасақтамасы қуатты мүмкіндіктер ұсынады, алайда тұрақты табыс түптеп келгенде адамдарға байланысты.

Операциялық мінсіздікке тұрақты түрде қол жеткізетін ұйымдар бизнестің барлық деңгейінде үздіксіз жетілдіру мәдениетін қалыптастырады.

Қызметкерлер тиімсіздіктерді анықтауға, жетілдірулер ұсынуға және мәселелерді шешу жұмыстарына белсенді қатысуға ынталандырылады.

Операторлар өндірістік процестер туралы құнды практикалық білімге ие. Техникалық қызмет көрсету мамандары жабдықтың жұмыс ерекшеліктерін түсінеді. Инженерлер техникалық сараптамасын ұсынады. Менеджерлер стратегиялық бағыт береді.

Бұл көзқарастар біріктірілгенде, ұйымдар өзгеріп отыратын бизнес талаптарына бейімделе алатын қуатты жетілдіру экожүйелерін қалыптастырады.

Жоспарлау — Орындау — Тексеру — Әрекет ету әдістемесі құрылымдалған тәжірибе жасауға және үздіксіз оқуға ынталандыратындықтан, өзектілігін сақтап отыр.

Әрбір жетілдіру бастамасы болашақ міндеттерде қолдануға болатын жаңа білім қалыптастырады.

Уақыт өте келе бұл цикл операциялық мінсіздікке бағытталған, өзін-өзі қолдайтын мәдениетті қалыптастырады.

Қорытынды ойлар

Үнемді өндіріс өнеркәсіптік тиімділікті арттыруға арналған ең тиімді құрылымдардың бірі болып қала береді. Негізгі қағидаттар өзгермегенімен, өндірушілерге қолжетімді құралдар түбегейлі дамыды.

Өнеркәсіптік автоматтандыру технологиялары қазір өндірістік операцияларға, жабдықтың күйіне, сапа көрсеткіштеріне және ресурстарды пайдалануға бұрын-соңды болмаған көрінімділікті қамтамасыз етеді. PLC контроллерлері, SCADA жүйелері, DCS платформалары, болжамды техникалық қызмет көрсету технологиялары, өнеркәсіптік байланыс желілері және Industry 4.0 шешімдері ұйымдардың ысырапты анықтау және үздіксіз жетілдіруге ұмтылу тәсілін өзгертті.

Ең табысты өндірушілер үнемді өндіріс пен өнеркәсіптік автоматтандыру бәсекелес стратегиялар емес екенін түсінеді. Олар бірін-бірі күшейтетін өзара толықтырушы бағыттар.

Үнемді өндіріс қағидаттары ұйымдардың нені жетілдіруі керектігін айқындайды. Өнеркәсіптік автоматтандыру осы жетілдірулерге тиімді қол жеткізу үшін қажетті көрінімділікті, зерделілікті және басқаруды қамтамасыз етеді.

Өндіріс барған сайын өзара байланысқан әрі деректерге негізделген операцияларға қарай дамып келе жатқандықтан, үнемді өндіріс әдістемелерін озық автоматтандыру технологияларымен біріктіру маңызды бәсекелік артықшылық болып қала береді.

Операциялық мінсіздікті, активтердің сенімділігін, цифрлық трансформацияны және үздіксіз жетілдіруді үйлестіре алатын ұйымдар өнеркәсіптік өндірістің келесі буынында өркендеуге ең жақсы дайын болады.