Advanced Process Control for Modern Pulp and Paper Mills

Передовые системы управления технологическими процессами для современных целлюлозно-бумажных комбинатов

Передовые системы управления технологическими процессами (APC), системы контроля качества (QCS) и автоматизированное тестирование бумаги меняют целлюлозно-бу...

Преобразование данных в производственные результаты по всей цепочке создания стоимости в целлюлозно-бумажной промышленности

Немногие производственные отрасли сталкиваются с операционной сложностью, сопоставимой с целлюлозно-бумажной промышленностью. От работы на лесном складе и процессов производства целлюлозы до отбеливания, сушки, нанесения покрытий, намотки и отгрузки — каждый этап производства зависит от тщательно контролируемых переменных, которые напрямую влияют на качество продукции, производственные затраты и эффективность использования активов.

На протяжении десятилетий предприятия использовали традиционные стратегии управления для поддержания стабильности процессов. Хотя эти системы обеспечивали прочную эксплуатационную основу, растущее давление рынка теперь требует гораздо большего. Производители должны одновременно увеличивать производительность, снижать потребление энергии, сокращать использование химикатов, улучшать показатели устойчивого развития и поддерживать стабильное качество продукции.

В результате цифровая трансформация стала стратегическим приоритетом для всей отрасли. Такие технологии, как искусственный интеллект (ИИ), платформы промышленного Интернета вещей (IIoT), расширенная аналитика, машинное обучение и усовершенствованное управление технологическими процессами (APC), позволяют предприятиям выйти за рамки базовой автоматизации и перейти к операционному совершенству на основе данных.

Многие производители целлюлозы и бумаги внедряют интегрированные архитектуры автоматизации, объединяющие APC, системы управления качеством и распределённые системы управления. Такие платформы, как System 800xA от ABB, получили широкое распространение, поскольку обеспечивают единую среду для визуализации процессов, оптимизации и принятия оперативных решений. Организации, оценивающие современные инфраструктуры автоматизации, могут ознакомиться с более широким ассортиментом промышленных решений ABB для автоматизации, используемых в различных технологических отраслях.

Возможности весьма значительны. Отраслевые исследования показали, что успешные программы цифровизации способны обеспечить увеличение производительности на 5–10%, рост выхода продукции на несколько процентных пунктов и измеримое снижение потребления энергии, волокна, воды и химикатов. Для крупных предприятий даже небольшое процентное улучшение может обернуться ежегодной экономией в миллионы долларов.

Несмотря на эти возможности, многие предприятия по-прежнему сталкиваются с одной постоянной проблемой: использованием данных. Современные предприятия ежедневно генерируют огромные объёмы эксплуатационной информации, однако значительная часть этих данных остаётся невостребованной. Датчики, приводы, анализаторы, архивы данных, системы управления качеством, лабораторные приборы и бизнес-приложения непрерывно создают ценную информацию, которая часто остаётся изолированной в отдельных системах.

Следующий этап промышленной цифровизации сосредоточен на преобразовании этой неиспользуемой информации в практические сведения для принятия решений. APC стала одной из наиболее эффективных технологий для достижения этой цели.

Архитектура передового управления технологическими процессами на современном целлюлозно-бумажном предприятии

Рисунок 1. Современные целлюлозно-бумажные предприятия зависят от интегрированных технологий измерения, управления и оптимизации для повышения эффективности производства и качества продукции.

Почему традиционных стратегий управления больше недостаточно

Традиционные системы управления предназначены для поддержания технологических переменных в заранее заданных рабочих диапазонах. Хотя такой подход по-прежнему необходим, он часто не позволяет эффективно управлять сложными взаимосвязями, существующими на крупных целлюлозно-бумажных предприятиях.

Изменение на одном участке процесса часто влияет на несколько последующих операций. Изменения концентрации массы могут влиять на эффективность отбеливания. Изменения уровня влажности могут влиять на эффективность сушки. Колебания качества волокна могут отражаться на характеристиках готового листа. Операторы должны постоянно балансировать между конкурирующими целями, реагируя на меняющиеся производственные условия.

Обычные контуры PID эффективно регулируют отдельные переменные, но не предназначены для одновременной оптимизации десятков взаимосвязанных технологических ограничений.

APC устраняет это ограничение, анализируя взаимосвязи между множеством переменных в реальном времени. Вместо того чтобы реагировать на отклонения процесса после их возникновения, системы APC прогнозируют будущие условия и заблаговременно корректируют рабочие параметры.

Эта прогнозная возможность позволяет предприятиям работать ближе к предельным показателям эффективности без ущерба для стабильности. В результате повышается производительность, улучшается контроль качества и снижается изменчивость производственных процессов.

На многих предприятиях APC функционирует как уровень оптимизации над распределённой системой управления (DCS). DCS продолжает выполнять задачи локального регулирования, а APC постоянно оценивает состояние процесса и рассчитывает оптимальные заданные значения.

По мере того как предприятия реализуют инициативы цифровой трансформации, роль распределённой системы управления продолжает расширяться. Современные платформы DCS служат основой для APC, аналитики, интеграции с архивом данных и оптимизации всего предприятия. Читатели, желающие лучше понять более широкий спектр технологий, поддерживающих эти приложения, могут ознакомиться с примерами распределённых систем управления, которые широко применяются на крупных предприятиях непрерывного производства.

Как передовое управление технологическими процессами повышает эффективность работы предприятия

Передовое управление технологическими процессами объединяет моделирование процессов, прогнозные алгоритмы, методы оптимизации и анализ данных в реальном времени для постоянного повышения эффективности производства.

Основная цель проста: максимизировать прибыльность при соблюдении эксплуатационных ограничений.

На практике APC одновременно выполняет несколько критически важных функций.

Во-первых, оно стабилизирует производственные процессы. Изменчивость процесса — одна из крупнейших скрытых затрат в целлюлозно-бумажном производстве. Каждое колебание повышает вероятность отклонений качества, образования отходов, замедления производства и чрезмерного энергопотребления.

Во-вторых, APC координирует несколько контуров управления, которые в противном случае работали бы независимо друг от друга. Вместо того чтобы позволять каждому контуру оптимизировать собственную переменную, APC оценивает процесс в целом и определяет наилучшую общую стратегию эксплуатации.

В-третьих, APC позволяет предприятиям работать ближе к производственным пределам без повышения эксплуатационных рисков. Это даёт комбинатам возможность увеличить производительность при сохранении приемлемых запасов по качеству.

В-четвёртых, APC повышает эффективность использования ресурсов, сводя к минимуму ненужный расход химикатов, пара, электроэнергии и воды.

Именно эти возможности объясняют, почему внедрение APC часто обеспечивает быструю окупаемость инвестиций.

Например, в варочных котлах для целлюлозы APC может поддерживать более стабильные условия варки несмотря на колебания пород древесины, содержания влаги и характеристик сырья. Такая стабильность повышает качество целлюлозы и одновременно снижает расход химикатов.

На стадиях отбеливания APC помогает поддерживать целевые уровни белизны при минимальном расходе химикатов. Непрерывно оценивая условия процесса, система определяет наиболее эффективную рабочую точку для каждого производственного сценария.

В работе бумагоделательных машин APC способствует повышению качества полотна, сокращению обрывов, улучшению стабильности работы и большей согласованности выпускаемой продукции.

Растущая роль предиктивного управления на основе модели

Одной из наиболее мощных технологий APC, используемых в целлюлозно-бумажном производстве, является предиктивное управление на основе модели (MPC).

MPC использует математические модели, описывающие поведение процесса. Эти модели позволяют системе прогнозировать будущие условия эксплуатации на основе текущих измерений и ожидаемых возмущений.

Вместо того чтобы реагировать на изменения после их возникновения, MPC прогнозирует реакцию процесса до того, как отклонения станут существенными.

Контроллер оценивает несколько возможных управляющих воздействий и выбирает стратегию, которая наилучшим образом соответствует производственным целям при соблюдении эксплуатационных ограничений.

Эта возможность особенно ценна в целлюлозно-бумажной промышленности, поскольку многие критически важные переменные характеризуются значительными задержками, нелинейными зависимостями и сложными взаимодействиями.

Примеры включают:

  • Контроль температуры в варочном котле для целлюлозы
  • Оптимизация работы известково-обжигательной печи
  • Управление эффективностью выпарной установки
  • Балансировка паровой системы
  • Эксплуатация содорегенерационного котла
  • Контроль влажности на бумагоделательной машине
  • Оптимизация поверхностной плотности
  • Управление процессом нанесения покрытия

В отличие от традиционных стратегий управления, MPC оценивает весь горизонт процесса, а не реагирует только на немедленные изменения измеряемых параметров. Это позволяет операторам заранее учитывать возмущения и дольше поддерживать оптимальные условия эксплуатации.

Многие ведущие поставщики систем автоматизации теперь интегрируют технологию MPC в свои платформы APC, включая решения, развернутые на архитектурах автоматизации технологических процессов ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa и Schneider Electric.

Растущая доступность вычислительных мощностей, архивных данных, облачной аналитики и инструментов машинного обучения ещё больше повысила эффективность применения MPC во всей отрасли.

Где APC обеспечивает наибольшую ценность на современных предприятиях

Хотя APC можно применять на всём предприятии, некоторые производственные участки стабильно обеспечивают наибольшую отдачу благодаря своей сложности, высокой энергоёмкости и влиянию на последующие операции.

Одним из наиболее часто приводимых примеров является известковая печь. Будучи критически важным компонентом цикла регенерации химикатов, известковые печи потребляют значительное количество энергии и напрямую влияют на общую экономику целлюлозно-бумажного предприятия.

Традиционное управление известковой печью часто в значительной степени опирается на опыт оператора. Изменения качества топлива, характеристик подаваемого сырья и условий окружающей среды могут вызывать нестабильность, влияющую на качество продукции и энергоэффективность.

APC обеспечивает более системный подход. Непрерывно отслеживая температурные профили, уровни кислорода, расход топлива и технологические ограничения, система поддерживает стабильные условия эксплуатации и одновременно минимизирует энергопотребление.

Несколько промышленных внедрений продемонстрировали значительное снижение колебаний температуры, уменьшение уровня кислорода и измеримую экономию топлива после внедрения APC. Эти улучшения не только сокращают эксплуатационные расходы, но и способствуют снижению выбросов парниковых газов.

Содорегенерационные котлы представляют собой ещё одну высокоэффективную область применения APC. Эти установки играют центральную роль в регенерации химикатов и выработке пара, поэтому надёжность и эффективность являются ключевыми целями.

Эксплуатация содорегенерационного котла требует балансировки множества взаимосвязанных переменных, включая концентрацию сухих веществ в щёлоке, распределение воздуха для горения, целевые показатели выработки пара, температуру в топке и требования к выбросам.

Системы APC непрерывно оценивают эти взаимосвязи и выполняют согласованные корректировки, которые повышают эффективность сжигания при сохранении безопасных условий эксплуатации. В результате увеличиваются выработка пара и эффективность рекуперации энергии, а работа процесса становится более стабильной.

Системы выпаривания также получают значительные преимущества от передовой оптимизации. Выпарные установки потребляют большое количество пара и напрямую влияют на цикл регенерации.

Благодаря прогностическому моделированию и согласованному управлению APC помогает максимизировать эффективность испарения при минимизации расхода пара. Даже небольшие улучшения характеристик выпарного аппарата могут обеспечить крупным предприятиям значительную ежегодную экономию энергии.

В работе бумагоделательных машин APC обычно применяется для управления влажностью, обеспечения стабильности массы 1 м², оптимизации сушки, стабилизации полотна и повышения производительности.

Поскольку бумагоделательные машины непрерывно работают на высоких скоростях, даже небольшие отклонения в процессе могут привести к существенным проблемам с качеством или потерям производства. APC помогает уменьшить эти отклонения, позволяя операторам поддерживать более жесткие спецификации и одновременно повышать производительность машины.

Промышленные приводы и электродвигатели, обслуживающие производственные линии целлюлозно-бумажных предприятий

Рисунок 2. Высокоэффективные электродвигатели, приводы и системы автоматизации играют ключевую роль в поддержании эффективности производства на современных целлюлозно-бумажных предприятиях.

Связь между APC и энергоэффективностью

Энергия остается одной из крупнейших статей эксплуатационных расходов в целлюлозно-бумажном производстве. Паровые системы, содорегенерационные котлы, сушильные секции, насосы, вентиляторы, компрессоры, рафинеры и электродвигатели в совокупности составляют значительную долю общих производственных затрат.

Исторически многие предприятия целлюлозно-бумажной промышленности сосредоточивали усилия по снижению энергопотребления на модернизации оборудования. Хотя аппаратные усовершенствования по-прежнему важны, цифровые технологии оптимизации все чаще обеспечивают сопоставимые или более значительные результаты без необходимости крупных капитальных вложений.

APC напрямую повышает энергоэффективность за счет снижения вариативности процессов.

Когда процессы работают стабильнее, оборудование тратит меньше времени на компенсацию возмущений. Потребление пара становится более предсказуемым. Сушильные системы работают ближе к оптимальным условиям. Химические реакции протекают эффективнее. Чрезмерные запасы безопасности можно сократить без повышения операционных рисков.

Например, процессы сушки часто являются крупнейшим потребителем энергии на бумагоделательной машине. Небольшое снижение вариативности влажности может значительно уменьшить потребность в паре при сохранении спецификаций готовой продукции.

Аналогичным образом, APC может оптимизировать процессы рафинирования, балансируя энергозатраты и требуемые характеристики волокна. Вместо подачи избыточной энергии на рафинирование система непрерывно корректирует рабочие параметры, чтобы достичь целевых показателей качества при минимальном энергопотреблении.

По мере роста значимости инициатив в области устойчивого развития эти меры повышения эффективности обеспечивают как финансовые, так и экологические преимущества. Снижение энергопотребления уменьшает эксплуатационные расходы и одновременно способствует достижению корпоративных целей по декарбонизации.

Автоматизированные испытания бумаги приближают контроль качества к режиму реального времени

Качество остаётся одним из важнейших конкурентных преимуществ в целлюлозно-бумажной промышленности. Клиенты ожидают стабильности независимо от объёма производства, скорости машины или вариативности сырья.

Традиционные методы лабораторных испытаний уже давно предоставляют ценную информацию о качестве, однако у них есть и ограничения. Пробы необходимо отобрать, транспортировать, подготовить, проанализировать и оформить в виде отчёта, прежде чем можно будет принять корректирующие меры.

Эта задержка создаёт разрыв между условиями процесса и обратной связью по качеству.

Автоматизированные системы испытаний бумаги помогают устранить этот разрыв.

Современные испытательные платформы могут выполнять широкий спектр измерений при минимальном вмешательстве оператора. Такие свойства, как прочность на разрыв, сопротивление разрыву, прочность при сжатии, толщина, содержание влаги, яркость, непрозрачность, гладкость и жёсткость, можно быстро и стабильно оценивать.

Преимущества далеко выходят за рамки экономии на трудозатратах.

Автоматизация повышает воспроизводимость, устраняя многие источники вариативности, связанные с человеческим фактором. Она также увеличивает частоту испытаний, позволяя предприятиям формировать значительно большие наборы данных, чем это было бы практически возможно при использовании ручных методов.

Вместо того чтобы полагаться на периодические лабораторные пробы, операторы получают доступ к непрерывным потокам информации о качестве, что поддерживает более быстрое принятие решений.

Эта возможность становится особенно эффективной при интеграции с платформами APC.

Измерения качества можно напрямую включать в алгоритмы оптимизации, позволяя системе управления непрерывно корректировать рабочие параметры в ответ на изменяющиеся требования к продукции.

Вместо простого выявления проблем с качеством после производства система активно предотвращает их возникновение.

Почему качество данных так же важно, как управление технологическим процессом

Успех любой инициативы APC в значительной степени зависит от качества данных.

На многих предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности установлены тысячи датчиков, распределённых по всей территории. Однако само по себе количество датчиков не гарантирует получение полезной информации.

Неточные измерения, дрейф калибровки, сбои связи, пробелы в архиве данных и непоследовательные методы сбора данных могут ограничить эффективность программ оптимизации.

Поэтому ведущие проекты цифровой трансформации часто начинаются с оценки контрольно-измерительных приборов.

Перед внедрением расширенной аналитики или приложений APC инженеры оценивают состояние датчиков, коммуникационную инфраструктуру, производительность архиватора данных и методы управления данными.

Модернизация контрольно-измерительных приборов часто сама по себе приносит значительные преимущества. Современные преобразователи, анализаторы, системы мониторинга вибрации, интеллектуальные системы управления двигателями и устройства с поддержкой IIoT повышают прозрачность работы критически важных производственных активов.

Например, технологии мониторинга состояния оборудования позволяют выявлять развивающиеся неисправности до того, как они приведут к дорогостоящим простоям. Программы предиктивного обслуживания используют анализ вибрации, мониторинг температуры и алгоритмы машинного обучения для обнаружения ранних признаков ухудшения состояния активов.

Эта информация дополняет APC, обеспечивая постоянную готовность производственных активов к надёжному выполнению стратегий оптимизации.

Без исправного оборудования и надёжных измерений даже самая совершенная платформа оптимизации не сможет обеспечить устойчивые результаты.

Объединение информационных и операционных технологий

Одно из наиболее значительных изменений в целлюлозно-бумажной промышленности — сближение информационных технологий (IT) и операционных технологий (OT).

Исторически производственные и бизнес-системы работали независимо друг от друга. Сети управления технологическими процессами были сосредоточены на эксплуатации оборудования, тогда как корпоративные приложения отвечали за планирование, закупки, управление запасами и финансовую деятельность.

Сегодня эти среды становятся всё более взаимосвязанными.

Производственные данные теперь поступают от полевых приборов через PLC, PAC, платформы DCS, архиваторы данных, системы управления производством (MES) и корпоративные программные среды. Эта интеграция создаёт новые возможности для оперативной прозрачности и оптимизации бизнеса.

Руководители предприятий могут оценивать эффективность производства почти в реальном времени. Технические службы получают доступ к прогнозной информации о состоянии оборудования. Специалисты по цепочкам поставок получают более точные прогнозы производства. Руководство компании получает более полное представление о ключевых показателях операционной деятельности.

В результате организация становится более гибкой и способной быстрее реагировать на изменения рыночных условий.

Однако такая взаимосвязанность также создаёт проблемы в сфере кибербезопасности. По мере расширения цифровизации предприятия должны защищать критически важные системы управления от всё более изощрённых киберугроз.

Поэтому успешная цифровая трансформация требует сбалансированной стратегии, объединяющей операционную эффективность, надёжность систем и устойчивость к киберугрозам.

Системы контроля качества становятся стратегическими производственными активами

В то время как APC сосредоточена на оптимизации эффективности процессов, системы контроля качества (QCS) обеспечивают необходимую прозрачность, чтобы каждое решение по оптимизации соответствовало спецификациям продукции.

Современные потребители бумажной продукции требуют всё более узких допусков. Производители упаковки, изготовители санитарно-гигиенической бумаги, поставщики специальной бумаги и производители печатной бумаги — все они требуют стабильных характеристик продукции в каждой производственной серии.

Соблюдать эти требования становится сложно, когда скорость производства превышает несколько тысяч метров в минуту.

Именно здесь платформы QCS обеспечивают исключительную ценность.

В отличие от традиционных лабораторных испытаний, решения QCS непрерывно контролируют критически важные параметры качества на протяжении всего производства. Сканирующие датчики перемещаются по ширине полотна, собирая измерения, которые помогают операторам выявлять отклонения до того, как они перерастут в серьёзные проблемы с качеством.

К основным измеряемым параметрам обычно относятся:

  • Масса 1 м²
  • Профиль влажности
  • Толщина полотна
  • Масса покрытия
  • Ориентация волокон
  • Зольность
  • Непрозрачность
  • Белизна
  • Стабильность цвета

Эти измерения обеспечивают комплексное представление о производительности машины и качестве продукции. Вместо периодического отбора проб операторы получают непрерывную видимость каждого этапа производства.

При интеграции с APC система QCS становится ещё эффективнее.

Измерения качества могут автоматически влиять на корректировку процесса, создавая среду оптимизации с замкнутым контуром, в которой эффективность производства и качество продукции управляются одновременно.

Такая интеграция сокращает выпуск продукции, не соответствующей спецификации, уменьшает количество жалоб клиентов, снижает образование отходов и повышает общую рентабельность.

Для крупных предприятий, выпускающих тысячи тонн бумаги в день, даже небольшие улучшения стабильности качества могут принести значительную финансовую отдачу.

Искусственный интеллект расширяет возможности оптимизации процессов

Хотя технологии APC и QCS успешно применяются уже много лет, последние достижения в области искусственного интеллекта расширяют возможности предприятий по использованию эксплуатационных данных.

Алгоритмы машинного обучения способны выявлять закономерности, которые традиционным системам управления или операторам трудно распознать.

Анализируя многолетнюю историю производства, платформы ИИ могут выявлять взаимосвязи между качеством сырья, условиями процесса, производительностью оборудования, факторами окружающей среды и характеристиками конечного продукта.

Эта возможность поддерживает новое поколение приложений для оптимизации.

Например, модели машинного обучения могут прогнозировать показатели качества бумаги ещё до завершения производства. Операторы получают предварительное предупреждение, когда условия процесса указывают на повышенную вероятность отклонений качества.

Команды технического обслуживания также могут использовать преимущества аналитики на основе ИИ.

Отказы оборудования редко происходят без предупреждения. Двигатели, насосы, редукторы, рафинёры, вакуумные системы и вращающееся оборудование обычно создают измеримые изменения вибрации, температуры, энергопотребления или поведения процесса до возникновения отказа.

Системы ИИ непрерывно анализируют эти сигналы и выявляют аномальные условия эксплуатации, которые могут указывать на развивающиеся неисправности оборудования.

Этот подход поддерживает стратегии предиктивного обслуживания, которые сокращают незапланированные простои и повышают эффективность использования активов.

На многих предприятиях программы предиктивного обслуживания теперь работают параллельно с инициативами APC в рамках более широкой стратегии цифровой трансформации.

Такое сочетание создает эффективную операционную основу, в которой процессы непрерывно оптимизируются, а критически важные активы постоянно контролируются.

Технологии цифровой трансформации для производственных операций в целлюлозно-бумажной отрасли

Рисунок 3. Цифровые технологии, такие как ИИ, IIoT, аналитика, APC и предиктивное обслуживание, помогают производителям целлюлозы и бумаги повышать устойчивость и эффективность эксплуатации.

Как ведущие платформы автоматизации поддерживают внедрение APC

Эффективность APC во многом зависит от поддерживающей ее инфраструктуры автоматизации. К счастью, современные целлюлозно-бумажные предприятия имеют доступ к высокопроизводительным платформам управления, специально разработанным для сложных технологических отраслей.

System 800xA от ABB остается одним из наиболее известных решений в отрасли, объединяя управление процессами, интеграцию электрических систем, приложения APC, функции архивирования данных и управление активами в единой среде. Возможность платформы интегрировать информацию из нескольких производственных зон делает ее особенно подходящей для крупных целлюлозно-бумажных предприятий.

Honeywell Experion PKS представляет собой еще одну широко распространенную архитектуру для предприятий с интенсивными технологическими процессами. Комплексный подход к управлению процессами, управлению тревогами, повышению эффективности работы операторов и обеспечению видимости по всему предприятию поддерживает инициативы по оптимизации как производственных, так и инженерных систем.

Emerson DeltaV продолжает играть важную роль на фабриках, стремящихся обеспечить высокий уровень стабильности процессов и гибкость эксплуатации. Его расширенные возможности управления в сочетании с обширными инструментами аналитики и поддержки на протяжении жизненного цикла помогают операторам повышать эффективность, сохраняя надежность системы.

Yokogawa CENTUM VP часто выбирают для предприятий, где приоритетами являются непрерывность эксплуатации и долгосрочная доступность системы. Его процессно-ориентированная архитектура поддерживает сложные приложения APC, сохраняя при этом высокую надежность, ожидаемую в условиях непрерывного производства.

Независимо от выбора поставщика, успешные внедрения APC обычно имеют несколько общих характеристик: надежные средства измерений, надежную инфраструктуру управления, точные технологические модели, активное участие операторов и постоянный мониторинг эффективности.

Одной технологии редко бывает достаточно для гарантии успеха. Для устойчивых результатов необходимы организационная приверженность и постоянные усилия по оптимизации.

На пути к автономной фабрике

Концепция автономных операций быстро привлекает внимание во всей целлюлозно-бумажной отрасли.

Автономная фабрика не исключает участия человека. Напротив, она использует передовые технологии автоматизации, позволяя персоналу сосредоточиться на принятии более важных решений, тогда как рутинные операции по оптимизации выполняются автоматически.

В рамках этого видения APC непрерывно поддерживает стабильность технологического процесса. QCS поддерживает качество продукции. ИИ прогнозирует будущие условия эксплуатации. Системы прогнозного обслуживания выявляют риски для оборудования до возникновения отказов. Цифровые двойники моделируют операционные сценарии. Операторы контролируют производство с помощью передовых платформ визуализации, а не вручную регулируют отдельные контуры управления.

Несколько лидеров отрасли уже начали внедрять элементы этой стратегии.

Модели машинного обучения помогают планировать производство. Автоматизированные системы контроля качества сокращают нагрузку на лаборатории. Приложения APC непрерывно оптимизируют энергоёмкое оборудование. Облачные аналитические платформы обеспечивают общекорпоративную видимость операционных процессов.

Хотя полностью автономные целлюлозно-бумажные комбинаты остаются долгосрочной целью, лежащие в основе технологии уже сегодня обеспечивают измеримую бизнес-ценность.

Переход происходит постепенно, а не в рамках единственного проекта трансформации. Каждое успешное внедрение APC, каждая инициатива по прогнозному обслуживанию и каждое применение ИИ приближают предприятия к более автономной операционной модели.

От технологических данных к конкурентному преимуществу

Целлюлозно-бумажная промышленность вступила в новую эру, в которой операционные показатели всё больше зависят от того, насколько эффективно организации используют данные.

Передовое управление технологическими процессами, автоматизированные системы тестирования, системы управления качеством, искусственный интеллект и технологии IIoT больше не являются экспериментальными концепциями. Они становятся необходимыми инструментами для повышения прибыльности, устойчивости и конкурентоспособности.

Предприятия, успешно интегрирующие эти технологии, могут снизить вариативность, повысить стабильность качества продукции, сократить энергопотребление, оптимизировать использование ресурсов и увеличить производительность без существенного расширения физических мощностей.

Наиболее успешные внедрения показывают, что цифровая трансформация — это не просто сбор большего объёма информации. Настоящая ценность заключается в преобразовании операционных данных в практические аналитические выводы, которые улучшают принятие решений по всей цепочке создания стоимости.

По мере изменения производственных требований APC будет оставаться одной из важнейших технологий, обеспечивающих производителям целлюлозы и бумаги возможность преодолеть разрыв между операционным совершенством и долгосрочными бизнес-показателями.

Об авторе

Натан Мерсер | Старший корреспондент по промышленным системам

Натан Мерсер имеет более 14 лет опыта в освещении промышленных систем автоматизации, управления технологическими процессами и технологий цифрового производства. В его послужном списке — проекты по интеграции систем автоматизации на базе платформ ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa, Schneider Electric и Siemens в различных отраслях непрерывного производства, включая целлюлозно-бумажную промышленность, производство электроэнергии, нефтехимию и водоподготовку. Он специализируется на передовом управлении технологическими процессами, аналитике промышленных программных систем, модернизации операционных технологий и новых приложениях Индустрии 4.0.

Передовые системы управления технологическими процессами для современных целлюлозно-бумажных комбинатов

Передовые системы управления технологическими процессами (APC), системы контроля качества (QCS) и автоматизированное тестирование бумаги меняют целлюлозно-бумажное производство. Интеграция ИИ, пром...

Преобразование данных в производственные результаты по всей цепочке создания стоимости в целлюлозно-бумажной промышленности

Немногие производственные отрасли сталкиваются с операционной сложностью, сопоставимой с целлюлозно-бумажной промышленностью. От работы на лесном складе и процессов производства целлюлозы до отбеливания, сушки, нанесения покрытий, намотки и отгрузки — каждый этап производства зависит от тщательно контролируемых переменных, которые напрямую влияют на качество продукции, производственные затраты и эффективность использования активов.

На протяжении десятилетий предприятия использовали традиционные стратегии управления для поддержания стабильности процессов. Хотя эти системы обеспечивали прочную эксплуатационную основу, растущее давление рынка теперь требует гораздо большего. Производители должны одновременно увеличивать производительность, снижать потребление энергии, сокращать использование химикатов, улучшать показатели устойчивого развития и поддерживать стабильное качество продукции.

В результате цифровая трансформация стала стратегическим приоритетом для всей отрасли. Такие технологии, как искусственный интеллект (ИИ), платформы промышленного Интернета вещей (IIoT), расширенная аналитика, машинное обучение и усовершенствованное управление технологическими процессами (APC), позволяют предприятиям выйти за рамки базовой автоматизации и перейти к операционному совершенству на основе данных.

Многие производители целлюлозы и бумаги внедряют интегрированные архитектуры автоматизации, объединяющие APC, системы управления качеством и распределённые системы управления. Такие платформы, как System 800xA от ABB, получили широкое распространение, поскольку обеспечивают единую среду для визуализации процессов, оптимизации и принятия оперативных решений. Организации, оценивающие современные инфраструктуры автоматизации, могут ознакомиться с более широким ассортиментом промышленных решений ABB для автоматизации, используемых в различных технологических отраслях.

Возможности весьма значительны. Отраслевые исследования показали, что успешные программы цифровизации способны обеспечить увеличение производительности на 5–10%, рост выхода продукции на несколько процентных пунктов и измеримое снижение потребления энергии, волокна, воды и химикатов. Для крупных предприятий даже небольшое процентное улучшение может обернуться ежегодной экономией в миллионы долларов.

Несмотря на эти возможности, многие предприятия по-прежнему сталкиваются с одной постоянной проблемой: использованием данных. Современные предприятия ежедневно генерируют огромные объёмы эксплуатационной информации, однако значительная часть этих данных остаётся невостребованной. Датчики, приводы, анализаторы, архивы данных, системы управления качеством, лабораторные приборы и бизнес-приложения непрерывно создают ценную информацию, которая часто остаётся изолированной в отдельных системах.

Следующий этап промышленной цифровизации сосредоточен на преобразовании этой неиспользуемой информации в практические сведения для принятия решений. APC стала одной из наиболее эффективных технологий для достижения этой цели.

Архитектура передового управления технологическими процессами на современном целлюлозно-бумажном предприятии

Рисунок 1. Современные целлюлозно-бумажные предприятия зависят от интегрированных технологий измерения, управления и оптимизации для повышения эффективности производства и качества продукции.

Почему традиционных стратегий управления больше недостаточно

Традиционные системы управления предназначены для поддержания технологических переменных в заранее заданных рабочих диапазонах. Хотя такой подход по-прежнему необходим, он часто не позволяет эффективно управлять сложными взаимосвязями, существующими на крупных целлюлозно-бумажных предприятиях.

Изменение на одном участке процесса часто влияет на несколько последующих операций. Изменения концентрации массы могут влиять на эффективность отбеливания. Изменения уровня влажности могут влиять на эффективность сушки. Колебания качества волокна могут отражаться на характеристиках готового листа. Операторы должны постоянно балансировать между конкурирующими целями, реагируя на меняющиеся производственные условия.

Обычные контуры PID эффективно регулируют отдельные переменные, но не предназначены для одновременной оптимизации десятков взаимосвязанных технологических ограничений.

APC устраняет это ограничение, анализируя взаимосвязи между множеством переменных в реальном времени. Вместо того чтобы реагировать на отклонения процесса после их возникновения, системы APC прогнозируют будущие условия и заблаговременно корректируют рабочие параметры.

Эта прогнозная возможность позволяет предприятиям работать ближе к предельным показателям эффективности без ущерба для стабильности. В результате повышается производительность, улучшается контроль качества и снижается изменчивость производственных процессов.

На многих предприятиях APC функционирует как уровень оптимизации над распределённой системой управления (DCS). DCS продолжает выполнять задачи локального регулирования, а APC постоянно оценивает состояние процесса и рассчитывает оптимальные заданные значения.

По мере того как предприятия реализуют инициативы цифровой трансформации, роль распределённой системы управления продолжает расширяться. Современные платформы DCS служат основой для APC, аналитики, интеграции с архивом данных и оптимизации всего предприятия. Читатели, желающие лучше понять более широкий спектр технологий, поддерживающих эти приложения, могут ознакомиться с примерами распределённых систем управления, которые широко применяются на крупных предприятиях непрерывного производства.

Как передовое управление технологическими процессами повышает эффективность работы предприятия

Передовое управление технологическими процессами объединяет моделирование процессов, прогнозные алгоритмы, методы оптимизации и анализ данных в реальном времени для постоянного повышения эффективности производства.

Основная цель проста: максимизировать прибыльность при соблюдении эксплуатационных ограничений.

На практике APC одновременно выполняет несколько критически важных функций.

Во-первых, оно стабилизирует производственные процессы. Изменчивость процесса — одна из крупнейших скрытых затрат в целлюлозно-бумажном производстве. Каждое колебание повышает вероятность отклонений качества, образования отходов, замедления производства и чрезмерного энергопотребления.

Во-вторых, APC координирует несколько контуров управления, которые в противном случае работали бы независимо друг от друга. Вместо того чтобы позволять каждому контуру оптимизировать собственную переменную, APC оценивает процесс в целом и определяет наилучшую общую стратегию эксплуатации.

В-третьих, APC позволяет предприятиям работать ближе к производственным пределам без повышения эксплуатационных рисков. Это даёт комбинатам возможность увеличить производительность при сохранении приемлемых запасов по качеству.

В-четвёртых, APC повышает эффективность использования ресурсов, сводя к минимуму ненужный расход химикатов, пара, электроэнергии и воды.

Именно эти возможности объясняют, почему внедрение APC часто обеспечивает быструю окупаемость инвестиций.

Например, в варочных котлах для целлюлозы APC может поддерживать более стабильные условия варки несмотря на колебания пород древесины, содержания влаги и характеристик сырья. Такая стабильность повышает качество целлюлозы и одновременно снижает расход химикатов.

На стадиях отбеливания APC помогает поддерживать целевые уровни белизны при минимальном расходе химикатов. Непрерывно оценивая условия процесса, система определяет наиболее эффективную рабочую точку для каждого производственного сценария.

В работе бумагоделательных машин APC способствует повышению качества полотна, сокращению обрывов, улучшению стабильности работы и большей согласованности выпускаемой продукции.

Растущая роль предиктивного управления на основе модели

Одной из наиболее мощных технологий APC, используемых в целлюлозно-бумажном производстве, является предиктивное управление на основе модели (MPC).

MPC использует математические модели, описывающие поведение процесса. Эти модели позволяют системе прогнозировать будущие условия эксплуатации на основе текущих измерений и ожидаемых возмущений.

Вместо того чтобы реагировать на изменения после их возникновения, MPC прогнозирует реакцию процесса до того, как отклонения станут существенными.

Контроллер оценивает несколько возможных управляющих воздействий и выбирает стратегию, которая наилучшим образом соответствует производственным целям при соблюдении эксплуатационных ограничений.

Эта возможность особенно ценна в целлюлозно-бумажной промышленности, поскольку многие критически важные переменные характеризуются значительными задержками, нелинейными зависимостями и сложными взаимодействиями.

Примеры включают:

  • Контроль температуры в варочном котле для целлюлозы
  • Оптимизация работы известково-обжигательной печи
  • Управление эффективностью выпарной установки
  • Балансировка паровой системы
  • Эксплуатация содорегенерационного котла
  • Контроль влажности на бумагоделательной машине
  • Оптимизация поверхностной плотности
  • Управление процессом нанесения покрытия

В отличие от традиционных стратегий управления, MPC оценивает весь горизонт процесса, а не реагирует только на немедленные изменения измеряемых параметров. Это позволяет операторам заранее учитывать возмущения и дольше поддерживать оптимальные условия эксплуатации.

Многие ведущие поставщики систем автоматизации теперь интегрируют технологию MPC в свои платформы APC, включая решения, развернутые на архитектурах автоматизации технологических процессов ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa и Schneider Electric.

Растущая доступность вычислительных мощностей, архивных данных, облачной аналитики и инструментов машинного обучения ещё больше повысила эффективность применения MPC во всей отрасли.

Где APC обеспечивает наибольшую ценность на современных предприятиях

Хотя APC можно применять на всём предприятии, некоторые производственные участки стабильно обеспечивают наибольшую отдачу благодаря своей сложности, высокой энергоёмкости и влиянию на последующие операции.

Одним из наиболее часто приводимых примеров является известковая печь. Будучи критически важным компонентом цикла регенерации химикатов, известковые печи потребляют значительное количество энергии и напрямую влияют на общую экономику целлюлозно-бумажного предприятия.

Традиционное управление известковой печью часто в значительной степени опирается на опыт оператора. Изменения качества топлива, характеристик подаваемого сырья и условий окружающей среды могут вызывать нестабильность, влияющую на качество продукции и энергоэффективность.

APC обеспечивает более системный подход. Непрерывно отслеживая температурные профили, уровни кислорода, расход топлива и технологические ограничения, система поддерживает стабильные условия эксплуатации и одновременно минимизирует энергопотребление.

Несколько промышленных внедрений продемонстрировали значительное снижение колебаний температуры, уменьшение уровня кислорода и измеримую экономию топлива после внедрения APC. Эти улучшения не только сокращают эксплуатационные расходы, но и способствуют снижению выбросов парниковых газов.

Содорегенерационные котлы представляют собой ещё одну высокоэффективную область применения APC. Эти установки играют центральную роль в регенерации химикатов и выработке пара, поэтому надёжность и эффективность являются ключевыми целями.

Эксплуатация содорегенерационного котла требует балансировки множества взаимосвязанных переменных, включая концентрацию сухих веществ в щёлоке, распределение воздуха для горения, целевые показатели выработки пара, температуру в топке и требования к выбросам.

Системы APC непрерывно оценивают эти взаимосвязи и выполняют согласованные корректировки, которые повышают эффективность сжигания при сохранении безопасных условий эксплуатации. В результате увеличиваются выработка пара и эффективность рекуперации энергии, а работа процесса становится более стабильной.

Системы выпаривания также получают значительные преимущества от передовой оптимизации. Выпарные установки потребляют большое количество пара и напрямую влияют на цикл регенерации.

Благодаря прогностическому моделированию и согласованному управлению APC помогает максимизировать эффективность испарения при минимизации расхода пара. Даже небольшие улучшения характеристик выпарного аппарата могут обеспечить крупным предприятиям значительную ежегодную экономию энергии.

В работе бумагоделательных машин APC обычно применяется для управления влажностью, обеспечения стабильности массы 1 м², оптимизации сушки, стабилизации полотна и повышения производительности.

Поскольку бумагоделательные машины непрерывно работают на высоких скоростях, даже небольшие отклонения в процессе могут привести к существенным проблемам с качеством или потерям производства. APC помогает уменьшить эти отклонения, позволяя операторам поддерживать более жесткие спецификации и одновременно повышать производительность машины.

Промышленные приводы и электродвигатели, обслуживающие производственные линии целлюлозно-бумажных предприятий

Рисунок 2. Высокоэффективные электродвигатели, приводы и системы автоматизации играют ключевую роль в поддержании эффективности производства на современных целлюлозно-бумажных предприятиях.

Связь между APC и энергоэффективностью

Энергия остается одной из крупнейших статей эксплуатационных расходов в целлюлозно-бумажном производстве. Паровые системы, содорегенерационные котлы, сушильные секции, насосы, вентиляторы, компрессоры, рафинеры и электродвигатели в совокупности составляют значительную долю общих производственных затрат.

Исторически многие предприятия целлюлозно-бумажной промышленности сосредоточивали усилия по снижению энергопотребления на модернизации оборудования. Хотя аппаратные усовершенствования по-прежнему важны, цифровые технологии оптимизации все чаще обеспечивают сопоставимые или более значительные результаты без необходимости крупных капитальных вложений.

APC напрямую повышает энергоэффективность за счет снижения вариативности процессов.

Когда процессы работают стабильнее, оборудование тратит меньше времени на компенсацию возмущений. Потребление пара становится более предсказуемым. Сушильные системы работают ближе к оптимальным условиям. Химические реакции протекают эффективнее. Чрезмерные запасы безопасности можно сократить без повышения операционных рисков.

Например, процессы сушки часто являются крупнейшим потребителем энергии на бумагоделательной машине. Небольшое снижение вариативности влажности может значительно уменьшить потребность в паре при сохранении спецификаций готовой продукции.

Аналогичным образом, APC может оптимизировать процессы рафинирования, балансируя энергозатраты и требуемые характеристики волокна. Вместо подачи избыточной энергии на рафинирование система непрерывно корректирует рабочие параметры, чтобы достичь целевых показателей качества при минимальном энергопотреблении.

По мере роста значимости инициатив в области устойчивого развития эти меры повышения эффективности обеспечивают как финансовые, так и экологические преимущества. Снижение энергопотребления уменьшает эксплуатационные расходы и одновременно способствует достижению корпоративных целей по декарбонизации.

Автоматизированные испытания бумаги приближают контроль качества к режиму реального времени

Качество остаётся одним из важнейших конкурентных преимуществ в целлюлозно-бумажной промышленности. Клиенты ожидают стабильности независимо от объёма производства, скорости машины или вариативности сырья.

Традиционные методы лабораторных испытаний уже давно предоставляют ценную информацию о качестве, однако у них есть и ограничения. Пробы необходимо отобрать, транспортировать, подготовить, проанализировать и оформить в виде отчёта, прежде чем можно будет принять корректирующие меры.

Эта задержка создаёт разрыв между условиями процесса и обратной связью по качеству.

Автоматизированные системы испытаний бумаги помогают устранить этот разрыв.

Современные испытательные платформы могут выполнять широкий спектр измерений при минимальном вмешательстве оператора. Такие свойства, как прочность на разрыв, сопротивление разрыву, прочность при сжатии, толщина, содержание влаги, яркость, непрозрачность, гладкость и жёсткость, можно быстро и стабильно оценивать.

Преимущества далеко выходят за рамки экономии на трудозатратах.

Автоматизация повышает воспроизводимость, устраняя многие источники вариативности, связанные с человеческим фактором. Она также увеличивает частоту испытаний, позволяя предприятиям формировать значительно большие наборы данных, чем это было бы практически возможно при использовании ручных методов.

Вместо того чтобы полагаться на периодические лабораторные пробы, операторы получают доступ к непрерывным потокам информации о качестве, что поддерживает более быстрое принятие решений.

Эта возможность становится особенно эффективной при интеграции с платформами APC.

Измерения качества можно напрямую включать в алгоритмы оптимизации, позволяя системе управления непрерывно корректировать рабочие параметры в ответ на изменяющиеся требования к продукции.

Вместо простого выявления проблем с качеством после производства система активно предотвращает их возникновение.

Почему качество данных так же важно, как управление технологическим процессом

Успех любой инициативы APC в значительной степени зависит от качества данных.

На многих предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности установлены тысячи датчиков, распределённых по всей территории. Однако само по себе количество датчиков не гарантирует получение полезной информации.

Неточные измерения, дрейф калибровки, сбои связи, пробелы в архиве данных и непоследовательные методы сбора данных могут ограничить эффективность программ оптимизации.

Поэтому ведущие проекты цифровой трансформации часто начинаются с оценки контрольно-измерительных приборов.

Перед внедрением расширенной аналитики или приложений APC инженеры оценивают состояние датчиков, коммуникационную инфраструктуру, производительность архиватора данных и методы управления данными.

Модернизация контрольно-измерительных приборов часто сама по себе приносит значительные преимущества. Современные преобразователи, анализаторы, системы мониторинга вибрации, интеллектуальные системы управления двигателями и устройства с поддержкой IIoT повышают прозрачность работы критически важных производственных активов.

Например, технологии мониторинга состояния оборудования позволяют выявлять развивающиеся неисправности до того, как они приведут к дорогостоящим простоям. Программы предиктивного обслуживания используют анализ вибрации, мониторинг температуры и алгоритмы машинного обучения для обнаружения ранних признаков ухудшения состояния активов.

Эта информация дополняет APC, обеспечивая постоянную готовность производственных активов к надёжному выполнению стратегий оптимизации.

Без исправного оборудования и надёжных измерений даже самая совершенная платформа оптимизации не сможет обеспечить устойчивые результаты.

Объединение информационных и операционных технологий

Одно из наиболее значительных изменений в целлюлозно-бумажной промышленности — сближение информационных технологий (IT) и операционных технологий (OT).

Исторически производственные и бизнес-системы работали независимо друг от друга. Сети управления технологическими процессами были сосредоточены на эксплуатации оборудования, тогда как корпоративные приложения отвечали за планирование, закупки, управление запасами и финансовую деятельность.

Сегодня эти среды становятся всё более взаимосвязанными.

Производственные данные теперь поступают от полевых приборов через PLC, PAC, платформы DCS, архиваторы данных, системы управления производством (MES) и корпоративные программные среды. Эта интеграция создаёт новые возможности для оперативной прозрачности и оптимизации бизнеса.

Руководители предприятий могут оценивать эффективность производства почти в реальном времени. Технические службы получают доступ к прогнозной информации о состоянии оборудования. Специалисты по цепочкам поставок получают более точные прогнозы производства. Руководство компании получает более полное представление о ключевых показателях операционной деятельности.

В результате организация становится более гибкой и способной быстрее реагировать на изменения рыночных условий.

Однако такая взаимосвязанность также создаёт проблемы в сфере кибербезопасности. По мере расширения цифровизации предприятия должны защищать критически важные системы управления от всё более изощрённых киберугроз.

Поэтому успешная цифровая трансформация требует сбалансированной стратегии, объединяющей операционную эффективность, надёжность систем и устойчивость к киберугрозам.

Системы контроля качества становятся стратегическими производственными активами

В то время как APC сосредоточена на оптимизации эффективности процессов, системы контроля качества (QCS) обеспечивают необходимую прозрачность, чтобы каждое решение по оптимизации соответствовало спецификациям продукции.

Современные потребители бумажной продукции требуют всё более узких допусков. Производители упаковки, изготовители санитарно-гигиенической бумаги, поставщики специальной бумаги и производители печатной бумаги — все они требуют стабильных характеристик продукции в каждой производственной серии.

Соблюдать эти требования становится сложно, когда скорость производства превышает несколько тысяч метров в минуту.

Именно здесь платформы QCS обеспечивают исключительную ценность.

В отличие от традиционных лабораторных испытаний, решения QCS непрерывно контролируют критически важные параметры качества на протяжении всего производства. Сканирующие датчики перемещаются по ширине полотна, собирая измерения, которые помогают операторам выявлять отклонения до того, как они перерастут в серьёзные проблемы с качеством.

К основным измеряемым параметрам обычно относятся:

  • Масса 1 м²
  • Профиль влажности
  • Толщина полотна
  • Масса покрытия
  • Ориентация волокон
  • Зольность
  • Непрозрачность
  • Белизна
  • Стабильность цвета

Эти измерения обеспечивают комплексное представление о производительности машины и качестве продукции. Вместо периодического отбора проб операторы получают непрерывную видимость каждого этапа производства.

При интеграции с APC система QCS становится ещё эффективнее.

Измерения качества могут автоматически влиять на корректировку процесса, создавая среду оптимизации с замкнутым контуром, в которой эффективность производства и качество продукции управляются одновременно.

Такая интеграция сокращает выпуск продукции, не соответствующей спецификации, уменьшает количество жалоб клиентов, снижает образование отходов и повышает общую рентабельность.

Для крупных предприятий, выпускающих тысячи тонн бумаги в день, даже небольшие улучшения стабильности качества могут принести значительную финансовую отдачу.

Искусственный интеллект расширяет возможности оптимизации процессов

Хотя технологии APC и QCS успешно применяются уже много лет, последние достижения в области искусственного интеллекта расширяют возможности предприятий по использованию эксплуатационных данных.

Алгоритмы машинного обучения способны выявлять закономерности, которые традиционным системам управления или операторам трудно распознать.

Анализируя многолетнюю историю производства, платформы ИИ могут выявлять взаимосвязи между качеством сырья, условиями процесса, производительностью оборудования, факторами окружающей среды и характеристиками конечного продукта.

Эта возможность поддерживает новое поколение приложений для оптимизации.

Например, модели машинного обучения могут прогнозировать показатели качества бумаги ещё до завершения производства. Операторы получают предварительное предупреждение, когда условия процесса указывают на повышенную вероятность отклонений качества.

Команды технического обслуживания также могут использовать преимущества аналитики на основе ИИ.

Отказы оборудования редко происходят без предупреждения. Двигатели, насосы, редукторы, рафинёры, вакуумные системы и вращающееся оборудование обычно создают измеримые изменения вибрации, температуры, энергопотребления или поведения процесса до возникновения отказа.

Системы ИИ непрерывно анализируют эти сигналы и выявляют аномальные условия эксплуатации, которые могут указывать на развивающиеся неисправности оборудования.

Этот подход поддерживает стратегии предиктивного обслуживания, которые сокращают незапланированные простои и повышают эффективность использования активов.

На многих предприятиях программы предиктивного обслуживания теперь работают параллельно с инициативами APC в рамках более широкой стратегии цифровой трансформации.

Такое сочетание создает эффективную операционную основу, в которой процессы непрерывно оптимизируются, а критически важные активы постоянно контролируются.

Технологии цифровой трансформации для производственных операций в целлюлозно-бумажной отрасли

Рисунок 3. Цифровые технологии, такие как ИИ, IIoT, аналитика, APC и предиктивное обслуживание, помогают производителям целлюлозы и бумаги повышать устойчивость и эффективность эксплуатации.

Как ведущие платформы автоматизации поддерживают внедрение APC

Эффективность APC во многом зависит от поддерживающей ее инфраструктуры автоматизации. К счастью, современные целлюлозно-бумажные предприятия имеют доступ к высокопроизводительным платформам управления, специально разработанным для сложных технологических отраслей.

System 800xA от ABB остается одним из наиболее известных решений в отрасли, объединяя управление процессами, интеграцию электрических систем, приложения APC, функции архивирования данных и управление активами в единой среде. Возможность платформы интегрировать информацию из нескольких производственных зон делает ее особенно подходящей для крупных целлюлозно-бумажных предприятий.

Honeywell Experion PKS представляет собой еще одну широко распространенную архитектуру для предприятий с интенсивными технологическими процессами. Комплексный подход к управлению процессами, управлению тревогами, повышению эффективности работы операторов и обеспечению видимости по всему предприятию поддерживает инициативы по оптимизации как производственных, так и инженерных систем.

Emerson DeltaV продолжает играть важную роль на фабриках, стремящихся обеспечить высокий уровень стабильности процессов и гибкость эксплуатации. Его расширенные возможности управления в сочетании с обширными инструментами аналитики и поддержки на протяжении жизненного цикла помогают операторам повышать эффективность, сохраняя надежность системы.

Yokogawa CENTUM VP часто выбирают для предприятий, где приоритетами являются непрерывность эксплуатации и долгосрочная доступность системы. Его процессно-ориентированная архитектура поддерживает сложные приложения APC, сохраняя при этом высокую надежность, ожидаемую в условиях непрерывного производства.

Независимо от выбора поставщика, успешные внедрения APC обычно имеют несколько общих характеристик: надежные средства измерений, надежную инфраструктуру управления, точные технологические модели, активное участие операторов и постоянный мониторинг эффективности.

Одной технологии редко бывает достаточно для гарантии успеха. Для устойчивых результатов необходимы организационная приверженность и постоянные усилия по оптимизации.

На пути к автономной фабрике

Концепция автономных операций быстро привлекает внимание во всей целлюлозно-бумажной отрасли.

Автономная фабрика не исключает участия человека. Напротив, она использует передовые технологии автоматизации, позволяя персоналу сосредоточиться на принятии более важных решений, тогда как рутинные операции по оптимизации выполняются автоматически.

В рамках этого видения APC непрерывно поддерживает стабильность технологического процесса. QCS поддерживает качество продукции. ИИ прогнозирует будущие условия эксплуатации. Системы прогнозного обслуживания выявляют риски для оборудования до возникновения отказов. Цифровые двойники моделируют операционные сценарии. Операторы контролируют производство с помощью передовых платформ визуализации, а не вручную регулируют отдельные контуры управления.

Несколько лидеров отрасли уже начали внедрять элементы этой стратегии.

Модели машинного обучения помогают планировать производство. Автоматизированные системы контроля качества сокращают нагрузку на лаборатории. Приложения APC непрерывно оптимизируют энергоёмкое оборудование. Облачные аналитические платформы обеспечивают общекорпоративную видимость операционных процессов.

Хотя полностью автономные целлюлозно-бумажные комбинаты остаются долгосрочной целью, лежащие в основе технологии уже сегодня обеспечивают измеримую бизнес-ценность.

Переход происходит постепенно, а не в рамках единственного проекта трансформации. Каждое успешное внедрение APC, каждая инициатива по прогнозному обслуживанию и каждое применение ИИ приближают предприятия к более автономной операционной модели.

От технологических данных к конкурентному преимуществу

Целлюлозно-бумажная промышленность вступила в новую эру, в которой операционные показатели всё больше зависят от того, насколько эффективно организации используют данные.

Передовое управление технологическими процессами, автоматизированные системы тестирования, системы управления качеством, искусственный интеллект и технологии IIoT больше не являются экспериментальными концепциями. Они становятся необходимыми инструментами для повышения прибыльности, устойчивости и конкурентоспособности.

Предприятия, успешно интегрирующие эти технологии, могут снизить вариативность, повысить стабильность качества продукции, сократить энергопотребление, оптимизировать использование ресурсов и увеличить производительность без существенного расширения физических мощностей.

Наиболее успешные внедрения показывают, что цифровая трансформация — это не просто сбор большего объёма информации. Настоящая ценность заключается в преобразовании операционных данных в практические аналитические выводы, которые улучшают принятие решений по всей цепочке создания стоимости.

По мере изменения производственных требований APC будет оставаться одной из важнейших технологий, обеспечивающих производителям целлюлозы и бумаги возможность преодолеть разрыв между операционным совершенством и долгосрочными бизнес-показателями.

Об авторе

Натан Мерсер | Старший корреспондент по промышленным системам

Натан Мерсер имеет более 14 лет опыта в освещении промышленных систем автоматизации, управления технологическими процессами и технологий цифрового производства. В его послужном списке — проекты по интеграции систем автоматизации на базе платформ ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa, Schneider Electric и Siemens в различных отраслях непрерывного производства, включая целлюлозно-бумажную промышленность, производство электроэнергии, нефтехимию и водоподготовку. Он специализируется на передовом управлении технологическими процессами, аналитике промышленных программных систем, модернизации операционных технологий и новых приложениях Индустрии 4.0.

Оставить комментарий

Обратите внимание, комментарии должны быть одобрены перед публикацией.