Dlaczego zrównoważony rozwój stał się koniecznością biznesową dla producentów

Zrównoważony rozwój wykracza dziś daleko poza zgodność z przepisami ochrony środowiska. Obecnie wpływa na strategię przedsiębiorstwa, efektywność operacyjną, zaufanie inwestorów, zarządzanie łańcuchem dostaw i długoterminową rentowność. Producenci odczuwają rosnącą presję ze strony rządów, klientów, inwestorów i organów regulacyjnych, aby ograniczać emisje przy jednoczesnym utrzymaniu produktywności i konkurencyjności.

W ciągu ostatniej dekady organizacje przemysłowe zainwestowały miliardy dolarów w programy zrównoważonego rozwoju. Wiele firm ogłosiło cele neutralności węglowej, inicjatywy związane z energią odnawialną i zobowiązania środowiskowe. Osiągnięcie tych celów wymaga jednak znacznie więcej niż zakupu kompensacji emisji dwutlenku węgla lub instalacji systemów energii odnawialnej.

Rzeczywista poprawa zrównoważonego rozwoju zachodzi wewnątrz zakładów produkcyjnych. Osiąga się ją dzięki lepszym decyzjom operacyjnym, większej niezawodności zasobów, optymalizacji procesów produkcyjnych i inteligentnemu wykorzystaniu technologii przemysłowej.

Dla producentów zrównoważony rozwój jest ostatecznie wyzwaniem związanym z efektywnością. Każda zmarnowana kilowatogodzina, każde niepotrzebne zatrzymanie maszyny, każda nieefektywna pętla procesu i każda awaria urządzenia przyczyniają się do wzrostu kosztów operacyjnych oraz zwiększenia wpływu na środowisko.

Największe postępy osiągają organizacje, które postrzegają zrównoważony rozwój jako strategię operacyjną, a nie obowiązek środowiskowy.

Rysunek 1. Producenci odczuwają coraz większą presję, aby poprawiać zrównoważony rozwój przy jednoczesnym utrzymaniu wydajności operacyjnej.

Ukryty koszt starzejącej się infrastruktury przemysłowej

Jedną z największych przeszkód na drodze do zrównoważonej produkcji jest przestarzała infrastruktura. W energetyce, sektorze ropy i gazu, uzdatnianiu wody, przetwórstwie chemicznym, górnictwie i ogólnej produkcji zakłady nadal eksploatują urządzenia zainstalowane dziesiątki lat temu.

Wiele z tych systemów nadal działa niezawodnie. Zostały jednak zaprojektowane w okresie, gdy efektywność energetyczna, redukcja emisji dwutlenku węgla i optymalizacja cyfrowa cieszyły się znacznie mniejszą uwagą niż obecnie.

Starszemu wyposażeniu często brakuje:

• Możliwość monitorowania zużycia energii w czasie rzeczywistym
• Zaawansowana diagnostyka
• Funkcje predykcyjnego utrzymania ruchu
• Nowoczesne protokoły komunikacyjne
• Zintegrowane narzędzia do raportowania zrównoważonego rozwoju

Wymiana całego zakładu rzadko jest praktyczna. Projekty modernizacji na dużą skalę wymagają znacznych nakładów kapitałowych i mogą wiązać się z ryzykiem operacyjnym, na które producenci nie mogą sobie pozwolić.

Zamiast tego wiele organizacji realizuje ukierunkowane strategie modernizacji, które wydłużają okres eksploatacji istniejących zasobów, jednocześnie zwiększając efektywność. Nowoczesne systemy PLC i PAC umożliwiają zakładom poprawę widoczności, diagnostyki i sterowania procesami bez konieczności całkowitej wymiany zakładu.

Organizacje przemysłowe często łączą starsze zasoby z nowoczesnymi platformami automatyki, aby stworzyć bardziej zrównoważone środowisko operacyjne, jednocześnie chroniąc dotychczasowe inwestycje.

Zrozumienie emisji z zakresu 1, 2 i 3

Wiele inicjatyw na rzecz zrównoważonego rozwoju kończy się niepowodzeniem, ponieważ organizacje koncentrują się na ogólnych celach środowiskowych, nie rozumiejąc konkretnych źródeł emisji.

Programy zrównoważonego rozwoju w przemyśle zazwyczaj oceniają emisje w trzech kategoriach.

Emisje z zakresu 1 pochodzą ze źródeł należących do firmy, takich jak kotły, turbiny, nagrzewnice procesowe, piece i pojazdy przemysłowe.

Emisje z zakresu 2 wynikają z zakupionej energii elektrycznej, pary, usług ogrzewania i chłodzenia.

Emisje z zakresu 3 obejmują działania zachodzące w całym szerszym łańcuchu dostaw, w tym produkcję surowców, transport, logistykę, dystrybucję, użytkowanie produktów i ich utylizację.

Dla wielu producentów emisje z zakresu 3 stanowią największy wpływ na środowisko. Jednak emisje z zakresu 1 i 2 często oferują najbardziej bezpośrednie możliwości poprawy operacyjnej.

Ograniczenie tych emisji wymaga dokładnych danych operacyjnych, niezawodnego monitorowania procesów i inteligentnych strategii sterowania.

W tym miejscu automatyka przemysłowa staje się kluczowym czynnikiem umożliwiającym zrównoważony rozwój.

Dlaczego widoczność danych jest fundamentem zrównoważonego rozwoju

Nie można poprawić tego, czego nie można zmierzyć.

Choć zasada ta jest powszechnie rozumiana, wiele zakładów nadal działa w rozproszonych środowiskach danych. Informacje o energii znajdują się w jednym systemie. Dane dotyczące utrzymania ruchu są przechowywane w innym. Wskaźniki produkcji są przechowywane gdzie indziej. Dane środowiskowe często pozostają odłączone od systemów operacyjnych.

Ta fragmentacja ogranicza możliwości podejmowania decyzji.

Na przykład wzrost zużycia energii może wynikać z degradacji urządzeń, nieefektywności procesów, zmian w produkcji, warunków środowiskowych lub praktyk operatorów. Bez zintegrowanego wglądu identyfikacja przyczyn źródłowych staje się niezwykle trudna.

Organizacje coraz częściej wdrażają nowoczesne systemy sterowania DCS oraz zintegrowane architektury automatyki, aby konsolidować dane operacyjne i wspierać inicjatywy na rzecz zrównoważonego rozwoju.

Gdy informacje o zużyciu energii, stanie urządzeń, wynikach produkcji i utrzymaniu ruchu stają się dostępne za pośrednictwem ujednoliconej platformy, organizacje zyskują możliwość podejmowania świadomych decyzji, które poprawiają zarówno efektywność operacyjną, jak i wyniki środowiskowe.

Systemy zarządzania energią stały się niezbędne dla zrównoważonej produkcji

Koszty energii nadal stanowią jeden z największych wydatków operacyjnych w zakładach przemysłowych. Wraz ze wzrostem cen energii elektrycznej i zaostrzaniem przepisów dotyczących ochrony środowiska producenci znajdują się pod coraz większą presją, aby ograniczać zużycie przy jednoczesnym utrzymaniu poziomu produkcji.

Niestety wiele zakładów nadal nie ma szczegółowego wglądu w to, gdzie zużywana jest energia.

Rachunki za media pokazują miesięczne sumy, ale rzadko ujawniają, które linie produkcyjne, silniki, pompy, sprężarki lub jednostki procesowe mają największy udział w całkowitym zużyciu.

Systemy zarządzania energią (EMS) pomagają sprostać temu wyzwaniu, zapewniając ciągłe monitorowanie i analizę zużycia energii w całym obiekcie.

Nowoczesne platformy zarządzania energią gromadzą informacje z systemów dystrybucji energii elektrycznej, napędów o zmiennej częstotliwości, urządzeń procesowych, sterowników przemysłowych i urządzeń monitorujących w całym zakładzie.

Taka widoczność pozwala producentom identyfikować nieefektywności, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niewykryte.

Typowe ustalenia obejmują:

• Przewymiarowane silniki pracujące poniżej optymalnej sprawności
• Wycieki sprężonego powietrza
• Nieprawidłowo dostrojone pętle regulacji
• Nadmierna praca nieużywanych urządzeń
• Problemy z jakością energii elektrycznej
• Nieefektywne sekwencje procesów

Po ich zidentyfikowaniu problemy te można często skorygować przy stosunkowo niewielkich nakładach, uzyskując jednocześnie wymierne oszczędności energii.

Wiele organizacji osiąga znaczne ograniczenie zużycia energii elektrycznej dzięki zaawansowanym technologiom napędowym dostępnym w ramach rozwiązań Napędy i sterowanie ruchem.

Napędy o zmiennej częstotliwości pozwalają silnikom pracować zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami procesu, zamiast stale działać z pełną prędkością. Ponieważ silniki elektryczne odpowiadają za znaczną część przemysłowego zużycia energii, nawet niewielka poprawa efektywności może przynieść znaczące korzyści dla zrównoważonego rozwoju.

Dlaczego optymalizacja procesów często zapewnia szybsze rezultaty niż wymiana urządzeń

Wiele programów zrównoważonego rozwoju koncentruje się głównie na wymianie urządzeń. Choć projekty modernizacyjne niewątpliwie przynoszą korzyści, optymalizacja procesów często zapewnia szybsze i bardziej opłacalne usprawnienia.

Systemy produkcyjne rzadko działają z maksymalną wydajnością przez cały cykl życia.

Z czasem parametry sterowania ulegają zmianie, urządzenia się zużywają, wymagania produkcyjne ewoluują, a procedury operacyjne odbiegają od pierwotnych warunków projektowych.

Zmiany te powodują nieefektywność, która zwiększa zużycie energii, zmniejsza wydajność i generuje dodatkowe odpady.

Zaawansowane strategie sterowania procesami pomagają producentom stale optymalizować działania poprzez utrzymywanie stabilnych warunków pracy i minimalizowanie zmienności procesu.

Ograniczenie zmienności przynosi szereg korzyści dla zrównoważonego rozwoju.

• Niższe zużycie energii
• Mniejsze straty surowców
• Wyższa jakość produktów
• Mniej poprawek
• Wyższe wykorzystanie urządzeń
• Mniejsze wymagania konserwacyjne

Nowoczesne zakłady przemysłowe coraz częściej korzystają z platform takich jak Yokogawa CENTUM VP, Emerson DeltaV oraz Honeywell Experion PKS, aby zwiększać efektywność procesów i jednocześnie realizować cele środowiskowe.

Najskuteczniejsze inicjatywy na rzecz zrównoważonego rozwoju często koncentrują się na optymalizacji przed wymianą, maksymalizując wartość istniejących zasobów i jednocześnie ograniczając wpływ na środowisko.

Konserwacja predykcyjna — niedoceniana strategia zrównoważonego rozwoju

Gdy pojawiają się dyskusje o zrównoważonym rozwoju, rozmowę często dominują takie tematy jak energia odnawialna, raportowanie emisji dwutlenku węgla i redukcja emisji. Jednak niezawodność urządzeń może być jednym z najbardziej pomijanych czynników wpływających na wyniki w zakresie zrównoważonego rozwoju.

Maszyny pracujące w pogorszonych warunkach zużywają więcej energii.

Zużyte łożyska zwiększają tarcie. Niewspółosiowość powoduje straty mechaniczne. Niewyważenie wirnika wywołuje drgania. Zanieczyszczone wymienniki ciepła obniżają sprawność cieplną. Uszkodzone pompy i sprężarki wymagają dodatkowej mocy, aby utrzymać wymagany poziom produkcji.

Te nieefektywności kumulują się z czasem i bezpośrednio zwiększają emisję dwutlenku węgla.

Konserwacja predykcyjna pomaga organizacjom identyfikować te problemy, zanim przerodzą się w poważne awarie.

W przeciwieństwie do tradycyjnych strategii konserwacji, które opierają się na stałych harmonogramach, konserwacja predykcyjna ocenia rzeczywisty stan urządzeń.

Zaawansowane technologie monitorowania nieustannie analizują:

• Poziomy drgań
• Stan łożysk
• Przemieszczenie wału
• Jakość smarowania
• Trendy temperatury
• Wydajność silnika
• Stabilność maszyny

Zakłady wdrażające programy konserwacji predykcyjnej często korzystają z rozwiązań oferowanych przez platformy monitorowania maszyn, aby poprawić zarówno niezawodność, jak i wyniki w zakresie zrównoważonego rozwoju.

Rysunek 2. Technologie konserwacji predykcyjnej ograniczają ilość odpadów, poprawiają niezawodność i wspierają długoterminowe cele zrównoważonego rozwoju.

Monitorowanie maszyn zmniejsza zarówno ryzyko, jak i wpływ na środowisko

Urządzenia wirujące pozostają podstawą wielu operacji przemysłowych.

Turbiny gazowe, turbiny parowe, generatory, sprężarki, pompy i duże silniki zużywają znaczne ilości energii. Ich stan bezpośrednio wpływa zarówno na efektywność operacyjną, jak i efektywność środowiskową.

Nawet drobne problemy mechaniczne mogą powodować mierzalny wzrost zużycia energii.

Turbina pracująca poniżej maksymalnej sprawności może zużywać znacznie więcej paliwa w całym okresie eksploatacji. Podobnie problemy związane z drganiami mogą skrócić żywotność urządzeń, jednocześnie zwiększając wymagania konserwacyjne i ryzyko operacyjne.

Ciągłe monitorowanie pozwala organizacjom wykrywać te problemy, zanim się nasilą.

Rozwiązania takie jak Bently Nevada, Emerson CSI 6500 oraz inne zaawansowane platformy monitorowania stanu zapewniają kluczowy wgląd w kondycję urządzeń.

Poprawa wydajności zasobów pozwala producentom ograniczyć niepotrzebne zużycie energii, jednocześnie wydłużając żywotność urządzeń i minimalizując ilość odpadów.

Sieci przemysłowe umożliwiają podejmowanie trafniejszych decyzji dotyczących zrównoważonego rozwoju

Usprawnienia w zakresie zrównoważonego rozwoju zależą od przepływu informacji.

Jeśli dane nie mogą sprawnie przepływać między urządzeniami polowymi, sterownikami, systemami archiwizacji danych i systemami biznesowymi, organizacje tracą cenne możliwości optymalizacji.

Infrastruktura komunikacji przemysłowej stała się zatem niezbędnym elementem nowoczesnych programów zrównoważonego rozwoju.

Połączone działania umożliwiają inżynierom korelowanie zużycia energii, wielkości produkcji, skuteczności konserwacji, warunków środowiskowych i stanu urządzeń.

Ta zintegrowana perspektywa umożliwia organizacjom identyfikowanie zależności, które w przeciwnym razie pozostałyby niewidoczne.

Na przykład wzrost zużycia energii może korelować ze spadkiem wydajności urządzeń. Problemy z jakością produkcji mogą zbiegać się ze zmiennością procesu. Rejestry konserwacji mogą ujawniać wzorce wyjaśniające nieoczekiwane zużycie zasobów.

Organizacje inwestujące w transformację cyfrową coraz częściej modernizują infrastrukturę sieciową równolegle z systemami automatyki, aby wspierać długoterminowe cele zrównoważonego rozwoju.

Niezawodne przemysłowe sieci komunikacyjne pomagają zapewnić, że decyzje dotyczące zrównoważonego rozwoju opierają się na dokładnych danych operacyjnych, a nie na założeniach.

Jak sztuczna inteligencja zmienia zrównoważony rozwój przemysłu

Sztuczna inteligencja szybko staje się jedną z najbardziej wpływowych technologii w zakresie zrównoważonego rozwoju przemysłu. Podczas gdy wczesne programy zrównoważonego rozwoju w dużej mierze opierały się na ręcznym raportowaniu i analizie danych historycznych, nowoczesne systemy sztucznej inteligencji umożliwiają producentom identyfikowanie nieefektywności i możliwości optymalizacji w czasie rzeczywistym.

Tradycyjne strategie zarządzania energią często koncentrują się na zrozumieniu tego, co wydarzyło się wczoraj, w zeszłym tygodniu lub w zeszłym miesiącu. Sztuczna inteligencja przesuwa punkt ciężkości w stronę przewidywania tego, co wydarzy się w następnej kolejności.

Ta zdolność predykcyjna zapewnia organizacjom przemysłowym znaczące korzyści.

Platformy analityczne oparte na sztucznej inteligencji mogą stale analizować ogromne ilości danych operacyjnych generowanych przez urządzenia produkcyjne, systemy sterowania, czujniki, rejestry konserwacji i aplikacje biznesowe.

Identyfikując ukryte wzorce, systemy te pomagają producentom optymalizować działania w sposób, który byłby niemożliwy wyłącznie za pomocą ręcznej analizy.

Typowe zastosowania sztucznej inteligencji obejmują:

• Predykcyjne prognozowanie zużycia energii
• Optymalizacja harmonogramowania produkcji
• Wykrywanie anomalii
• Przewidywanie awarii urządzeń
• Optymalizacja jakości
• Analiza efektywności łańcucha dostaw
• Optymalizacja wydajności procesów

Na przykład systemy sztucznej inteligencji mogą identyfikować subtelne różnice w procesach, które przyczyniają się do zwiększonego zużycia energii. Inżynierowie mogą następnie wdrożyć działania korygujące, zanim te nieefektywności znacząco wpłyną na koszty operacyjne lub efektywność środowiskową.

W miarę jak zakłady przemysłowe generują coraz większe ilości danych operacyjnych, sztuczna inteligencja będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w inicjatywach na rzecz zrównoważonego rozwoju.

Cyfrowe bliźniaki tworzą nowe możliwości poprawy zrównoważonego rozwoju

Technologia bliźniaków cyfrowych stanowi kolejny ważny postęp w dziedzinie zrównoważonej produkcji.

Bliźniak cyfrowy to wirtualne odwzorowanie fizycznego zasobu, procesu lub zakładu. Dzięki ciągłemu odbieraniu danych z rzeczywistych operacji bliźniak cyfrowy dokładnie odzwierciedla bieżące warunki pracy.

Dzięki temu inżynierowie mogą oceniać różne scenariusze bez wprowadzania ryzyka do systemów produkcyjnych.

Producenci mogą symulować zmiany procesów, testować strategie optymalizacji, oceniać harmonogramy konserwacji i analizować wzorce zużycia energii przed wdrożeniem zmian w rzeczywistym świecie.

Bliźniaki cyfrowe wspierają działania na rzecz zrównoważonego rozwoju, pomagając organizacjom:

• Zmniejszanie zużycia energii
• Poprawa wykorzystania zasobów
• Optymalizowanie strategii utrzymania ruchu
• Ograniczanie ilości wytwarzanych odpadów
• Zwiększanie wydajności produkcji
• Usprawnianie planowania operacyjnego

Wraz z dalszym rozwojem mocy obliczeniowej bliźniaki cyfrowe stają się coraz bardziej dostępne w wielu różnych branżach.

Zakłady integrujące zaawansowane technologie automatyzacji z cyfrowymi narzędziami inżynieryjnymi często potrafią identyfikować możliwości w zakresie zrównoważonego rozwoju, które pozostają niezauważone w tradycyjnych środowiskach operacyjnych.

Korzyści dla zrównoważonego rozwoju wynikające z wydłużania cyklu życia zasobów

Jedna z najbardziej pomijanych strategii zrównoważonego rozwoju polega na wydłużaniu okresu użytkowania istniejących zasobów przemysłowych.

Wiele organizacji zakłada, że wymiana starszego wyposażenia automatycznie przynosi korzyści środowiskowe. Chociaż nowoczesne wyposażenie jest często bardziej wydajne, projekty wymiany również generują koszty środowiskowe.

Produkcja nowego wyposażenia wymaga surowców, transportu, energii i rozbudowanych działań w łańcuchu dostaw.

W wielu sytuacjach utrzymanie i modernizacja istniejących zasobów może stanowić bardziej zrównoważoną alternatywę.

Zasada ta jest szczególnie ważna w środowiskach automatyki przemysłowej.

Tysiące zakładów nadal korzysta ze sprawdzonych systemów sterowania, które pozostają kluczowe dla produkcji. Przykłady obejmują:

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

Chociaż systemy te mogą już nie być aktywnie wykorzystywane w produkcji, nadal wspierają kluczowe operacje przemysłowe na całym świecie.

Strategiczne programy modernizacyjne często pozwalają organizacjom poprawić wydajność, jednocześnie wydłużając okres eksploatacji istniejących zasobów.

Takie podejście jednocześnie ogranicza ilość odpadów elektronicznych, zmniejsza nakłady inwestycyjne, minimalizuje zakłócenia operacyjne i wspiera cele zrównoważonego rozwoju.

Dlatego wielu producentów postrzega wydłużanie cyklu życia jako ważny element szerszej strategii środowiskowej.

Rysunek 3. Zrównoważona produkcja wymaga zgodności między technologią, procesami operacyjnymi a kulturą organizacyjną.

Kultura organizacyjna często decyduje o sukcesie w zakresie zrównoważonego rozwoju

Sama technologia nie jest w stanie rozwiązać wyzwań związanych ze zrównoważonym rozwojem.

Nawet najbardziej zaawansowane systemy automatyzacji, platformy zarządzania energią i narzędzia konserwacji predykcyjnej nie przyniosą znaczących rezultatów, jeśli organizacjom zabraknie kultury organizacyjnej niezbędnej do wspierania ciągłego doskonalenia.

Wiele inicjatyw na rzecz zrównoważonego rozwoju napotyka trudności, ponieważ działają one niezależnie od codziennej działalności produkcyjnej.

Inżynierowie mogą koncentrować się na niezawodności. Zespoły operacyjne mogą nadawać priorytet celom produkcyjnym. Działy utrzymania ruchu mogą skupiać się na dostępności urządzeń. Cele zrównoważonego rozwoju często zostają odizolowane w ramach odrębnych programów korporacyjnych.

Najlepsi producenci przyjmują inne podejście.

Zamiast traktować zrównoważony rozwój jako odrębną inicjatywę, integrują cele środowiskowe bezpośrednio z podejmowaniem decyzji operacyjnych.

Efektywność energetyczna staje się częścią programów niezawodności. Strategie utrzymania ruchu uwzględniają optymalizację zasobów. Planowanie produkcji bierze pod uwagę wyniki środowiskowe obok celów dotyczących wydajności, przepustowości i jakości.

To zintegrowane podejście zapewnia długoterminową poprawę zrównoważonego rozwoju, która pozostaje skuteczna nawet w miarę zmiany warunków biznesowych.

Przyszłość zrównoważonej produkcji

Sektor produkcyjny wkracza w okres istotnej transformacji.

Rosnące oczekiwania środowiskowe, wzrastające koszty energii, zmieniające się przepisy i coraz większe wymagania interesariuszy zmuszają organizacje do ponownego przemyślenia tradycyjnych modeli operacyjnych.

Jednocześnie postępy w dziedzinie automatyzacji, sieci przemysłowych, konserwacji predykcyjnej, sztucznej inteligencji i technologii transformacji cyfrowej tworzą nowe możliwości doskonalenia.

Przyszłość zrównoważonej produkcji nie będzie definiowana przez pojedynczą technologię ani inicjatywę środowiskową.

Zamiast tego sukces będzie wynikać z integracji wielu współdziałających strategii:

• Zarządzanie energią
• Optymalizacja procesów
• Konserwacja predykcyjna
• Monitorowanie maszyn
• Zaawansowana automatyzacja
• Analityka przemysłowa
• Transformacja cyfrowa
• Programy wydłużania cyklu życia

Organizacje, które kierują się tymi zasadami, będą lepiej przygotowane do ograniczania emisji, zwiększania efektywności, wzmacniania konkurencyjności i osiągania długoterminowej odporności operacyjnej.

Zrównoważony rozwój nie jest już wyłącznie odpowiedzialnością za środowisko. Stał się koniecznością biznesową i kluczowym czynnikiem przyszłego sukcesu przemysłu.

Rysunek 4. Zrównoważona produkcja to ciągła podróż napędzana przez technologię, innowacje i doskonałość operacyjną.

Zalecane rozwiązania dla zrównoważonej działalności przemysłowej

• Poznaj systemy PLC i PAC do wydajnej działalności produkcyjnej
• Odkryj zaawansowane platformy DCS do optymalizacji procesów
• Zwiększ niezawodność dzięki technologiom monitorowania maszyn
• Dowiedz się więcej o rozwiązaniach do sterowania turbinami i maszynami
• Zmniejsz zużycie energii dzięki nowoczesnym technologiom napędowym