Проблемы устойчивого развития: как производители могут создавать более экологичные и эффективные промышленные предприятия

Почему устойчивое развитие стало императивом для производителей

Устойчивое развитие вышло далеко за рамки соблюдения экологических требований. Сегодня оно влияет на корпоративную стратегию, операционную эффективность, доверие инвесторов, управление цепочками поставок и долгосрочную прибыльность. Производители сталкиваются с растущим давлением со стороны правительств, клиентов, инвесторов и регулирующих органов, требующих сокращать выбросы при сохранении производительности и конкурентоспособности.

За последнее десятилетие промышленные организации инвестировали миллиарды долларов в программы устойчивого развития. Многие компании объявили о целевых показателях углеродной нейтральности, инициативах в области возобновляемой энергетики и экологических обязательствах. Однако достижение этих целей требует гораздо большего, чем покупка углеродных компенсаций или установка систем возобновляемой энергетики.

Реальные улучшения в области устойчивого развития происходят непосредственно на производственных предприятиях. Они достигаются за счет более эффективных операционных решений, повышения надежности активов, оптимизации производственных процессов и интеллектуального использования промышленной техники.

Для производителей устойчивое развитие в конечном счете является задачей повышения эффективности. Каждый потерянный киловатт-час, каждая ненужная остановка машины, каждый неэффективный контур технологического процесса и каждый отказ оборудования приводят к росту эксплуатационных затрат и усилению воздействия на окружающую среду.

Наибольшего прогресса добиваются организации, которые рассматривают устойчивое развитие как операционную стратегию, а не как экологическое обязательство.

Рисунок 1. Производители сталкиваются с растущим давлением, вынуждающим повышать устойчивость при сохранении операционной эффективности.

Скрытая стоимость устаревающей промышленной инфраструктуры

Одно из главных препятствий на пути к устойчивому производству — устаревшая инфраструктура. В энергетике, нефтегазовой отрасли, водоочистке, химической промышленности, горнодобывающей отрасли и общем производстве предприятия продолжают эксплуатировать оборудование, установленное десятилетия назад.

Многие из этих систем остаются надежными. Однако они были спроектированы в период, когда энергоэффективности, сокращению выбросов углерода и цифровой оптимизации уделялось гораздо меньше внимания, чем сегодня.

Устаревшему оборудованию часто не хватает:

• Возможности мониторинга энергопотребления в реальном времени
• Расширенная диагностика
• Функциональность прогнозного обслуживания
• Современные протоколы связи
• Интегрированные инструменты отчетности в области устойчивого развития

Полная замена предприятия редко бывает практичной. Масштабные проекты модернизации требуют значительных капитальных вложений и могут создавать операционные риски, которые производители не могут себе позволить.

Вместо этого многие организации реализуют целевые стратегии модернизации, продлевая срок службы существующих активов и одновременно повышая эффективность. Современные системы PLC и PAC позволяют предприятиям повысить прозрачность, улучшить диагностику и управление технологическими процессами без необходимости полной замены предприятия.

Промышленные организации часто объединяют устаревшие активы с современными платформами автоматизации, чтобы создать более устойчивую рабочую среду и сохранить уже сделанные инвестиции.

Понимание выбросов областей охвата 1, 2 и 3

Многие инициативы в области устойчивого развития терпят неудачу, поскольку организации сосредотачиваются на общих экологических целях, не понимая конкретных источников выбросов.

Программы устойчивого развития в промышленности обычно оценивают выбросы по трём категориям.

Выбросы области охвата 1 происходят из принадлежащих компании источников, таких как котлы, турбины, технологические нагреватели, печи и промышленные транспортные средства.

Выбросы области охвата 2 возникают в результате приобретения электроэнергии, пара, услуг отопления и охлаждения.

Выбросы области охвата 3 включают виды деятельности по всей расширенной цепочке поставок, включая производство сырья, транспортировку, логистику, дистрибуцию, использование продукции и её утилизацию.

Для многих производителей выбросы области охвата 3 оказывают наибольшее воздействие на окружающую среду. Однако выбросы областей охвата 1 и 2 часто создают наиболее непосредственные возможности для операционного улучшения.

Сокращение этих выбросов требует точных операционных данных, надёжного мониторинга процессов и интеллектуальных стратегий управления.

Именно здесь промышленная автоматизация становится важнейшим фактором устойчивого развития.

Почему видимость данных является основой устойчивого развития

Невозможно улучшить то, что невозможно измерить.

Хотя этот принцип широко известен, многие предприятия по-прежнему работают с фрагментированными средами данных. Информация об энергопотреблении находится в одной системе. Данные о техническом обслуживании — в другой. Производственные показатели хранятся отдельно. Экологические данные часто остаются несвязанными с операционными системами.

Такая фрагментация ограничивает возможности принятия решений.

Например, рост энергопотребления может быть вызван износом оборудования, неэффективностью процессов, изменениями в производстве, условиями окружающей среды или действиями операторов. Без интегрированного представления данных выявить первопричины становится крайне сложно.

Организации всё чаще внедряют современные системы управления DCS и интегрированные архитектуры автоматизации для консолидации операционных данных и поддержки инициатив в области устойчивого развития.

Когда данные о потреблении энергии, состоянии оборудования, производительности и техническом обслуживании становятся доступными через единую платформу, организации получают возможность принимать обоснованные решения, повышающие как операционную эффективность, так и экологические показатели.

Системы управления энергопотреблением стали необходимы для устойчивого производства

Затраты на энергию по-прежнему остаются одной из крупнейших статей операционных расходов промышленных предприятий. По мере роста цен на электроэнергию и ужесточения экологических норм производители сталкиваются с растущим давлением, вынуждающим сокращать потребление при сохранении объёмов производства.

К сожалению, на многих предприятиях по-прежнему отсутствует подробная информация о том, где потребляется энергия.

Счета за коммунальные услуги показывают месячные итоги, но редко позволяют определить, какие производственные линии, двигатели, насосы, компрессоры или технологические установки вносят наибольший вклад в общее потребление.

Системы управления энергопотреблением (EMS) помогают решить эту проблему, обеспечивая непрерывный мониторинг и анализ энергопотребления всего предприятия.

Современные платформы управления энергопотреблением собирают информацию из систем распределения электроэнергии, частотно-регулируемых приводов, технологического оборудования, промышленных контроллеров и устройств мониторинга по всему предприятию.

Эта наглядность позволяет производителям выявлять неэффективность, которая в противном случае могла бы оставаться незамеченной.

К распространённым выявленным проблемам относятся:

• Двигатели избыточной мощности, работающие ниже оптимального уровня эффективности
• Утечки сжатого воздуха
• Ненадлежащим образом настроенные контуры управления
• Избыточная работа оборудования в режиме простоя
• Проблемы с качеством электроэнергии
• Неэффективные последовательности технологических операций

После выявления эти проблемы часто можно устранить при относительно небольших инвестициях, обеспечив измеримую экономию энергии.

Многие организации добиваются значительного сокращения потребления электроэнергии благодаря передовым технологиям приводов, доступным в составе решений Drives & Motion Control.

Частотно-регулируемые приводы позволяют двигателям работать в соответствии с фактическими требованиями процесса, а не постоянно работать на полной скорости. Поскольку на электродвигатели приходится значительная доля промышленного энергопотребления, даже умеренное повышение эффективности может принести существенные преимущества для устойчивого развития.

Почему оптимизация процессов часто даёт более быстрые результаты, чем замена оборудования

Многие программы устойчивого развития в значительной степени сосредоточены на замене оборудования. Хотя проекты модернизации, безусловно, дают преимущества, оптимизация процессов часто обеспечивает более быстрые и экономичные улучшения.

Производственные системы редко работают с максимальной эффективностью на протяжении всего жизненного цикла.

Со временем параметры управления изменяются, оборудование изнашивается, производственные требования меняются, а рабочие процедуры отклоняются от первоначальных проектных условий.

Эти изменения приводят к снижению эффективности, увеличивают энергопотребление, уменьшают производительность и образуют дополнительные отходы.

Передовые стратегии управления технологическими процессами помогают производителям непрерывно оптимизировать работу, поддерживая стабильные условия эксплуатации и сводя к минимуму вариативность процессов.

Снижение вариативности обеспечивает ряд преимуществ для устойчивого развития.

• Снижение энергопотребления
• Сокращение отходов сырья
• Повышение качества продукции
• Сокращение объёма переделок
• Более высокая загрузка оборудования
• Снижение требований к техническому обслуживанию

Современные технологические производства всё чаще используют такие платформы, как Yokogawa CENTUM VP, Emerson DeltaV и Honeywell Experion PKS, чтобы повысить эффективность процессов и одновременно поддерживать экологические цели.

Наиболее успешные инициативы в области устойчивого развития часто сосредоточены на оптимизации, а не на замене, что позволяет максимально использовать ценность существующих активов и одновременно снижать воздействие на окружающую среду.

Предиктивное обслуживание — недооцененная стратегия устойчивого развития

В обсуждениях устойчивого развития часто доминируют такие темы, как возобновляемая энергетика, отчетность по выбросам углерода и сокращение выбросов. Однако надежность оборудования может быть одним из наиболее недооцененных факторов, влияющих на показатели устойчивого развития.

Машины, работающие в ухудшенном состоянии, потребляют больше энергии.

Изношенные подшипники увеличивают трение. Несоосность создает механические потери. Дисбаланс ротора вызывает вибрацию. Загрязненные теплообменники снижают тепловую эффективность. Поврежденные насосы и компрессоры требуют дополнительной мощности для поддержания необходимых объемов производства.

Эти потери эффективности накапливаются со временем и напрямую увеличивают выбросы углерода.

Предиктивное обслуживание помогает организациям выявлять эти проблемы до того, как они перерастут в серьезные неисправности.

В отличие от традиционных стратегий технического обслуживания, основанных на фиксированных графиках, предиктивное обслуживание оценивает фактическое состояние оборудования.

Передовые технологии мониторинга непрерывно анализируют:

• Уровни вибрации
• Состояние подшипников
• Смещение вала
• Качество смазки
• Тенденции изменения температуры
• Производительность электродвигателей
• Стабильность работы машин

Предприятия, внедряющие программы предиктивного обслуживания, часто используют решения платформ мониторинга оборудования для повышения как надежности, так и показателей устойчивого развития.

Рисунок 2. Технологии предиктивного обслуживания сокращают отходы, повышают надежность и способствуют достижению долгосрочных целей в области устойчивого развития.

Мониторинг оборудования снижает как риски, так и воздействие на окружающую среду

Вращающееся оборудование остается основой многих промышленных процессов.

Газовые турбины, паровые турбины, генераторы, компрессоры, насосы и мощные электродвигатели потребляют значительное количество энергии. Их состояние напрямую влияет как на эксплуатационную эффективность, так и на экологические показатели.

Даже незначительные механические неисправности могут привести к заметному увеличению потребления энергии.

Турбина, работающая с эффективностью ниже максимальной, за весь срок эксплуатации может потреблять значительно больше топлива. Аналогично, проблемы, связанные с вибрацией, могут сокращать срок службы оборудования, одновременно увеличивая потребность в техническом обслуживании и эксплуатационные риски.

Непрерывный мониторинг позволяет организациям выявлять эти проблемы до их усугубления.

Такие решения, как Bently Nevada, Emerson CSI 6500 и другие передовые платформы мониторинга состояния, обеспечивают критически важную информацию о состоянии оборудования.

Повышая эффективность активов, производители сокращают ненужное потребление энергии, одновременно продлевая срок службы оборудования и минимизируя отходы.

Промышленные сети обеспечивают более эффективные решения в области устойчивого развития

Повышение устойчивости зависит от информационного обмена.

Если данные не могут эффективно передаваться между периферийными устройствами, контроллерами, системами хранения исторических данных и корпоративными системами, организации упускают ценные возможности для оптимизации.

Поэтому промышленная коммуникационная инфраструктура стала важнейшим компонентом современных программ устойчивого развития.

Подключённые производственные операции позволяют инженерам сопоставлять энергопотребление, объёмы выпуска, эффективность технического обслуживания, условия окружающей среды и состояние оборудования.

Этот комплексный подход позволяет организациям выявлять взаимосвязи, которые в противном случае оставались бы незаметными.

Например, рост энергопотребления может коррелировать со снижением производительности оборудования. Проблемы с качеством продукции могут совпадать с нестабильностью процессов. Записи о техническом обслуживании могут выявить закономерности, объясняющие неожиданное расходование ресурсов.

Организации, инвестирующие в цифровую трансформацию, всё чаще модернизируют сетевую инфраструктуру одновременно с системами автоматизации, чтобы поддерживать долгосрочные цели в области устойчивого развития.

Надёжные промышленные коммуникационные сети помогают обеспечить принятие решений в области устойчивого развития на основе точных эксплуатационных данных, а не предположений.

Как искусственный интеллект меняет устойчивое развитие промышленности

Искусственный интеллект стремительно становится одной из наиболее влиятельных технологий в сфере устойчивого развития промышленности. Если первые программы устойчивого развития в значительной степени полагались на ручную отчётность и анализ исторических данных, то современные системы искусственного интеллекта позволяют производителям выявлять неэффективность и возможности для оптимизации в режиме реального времени.

Традиционные стратегии управления энергопотреблением часто сосредоточены на понимании того, что произошло вчера, на прошлой неделе или в прошлом месяце. Искусственный интеллект смещает акцент на прогнозирование того, что произойдёт дальше.

Эта способность к прогнозированию создаёт значительные преимущества для промышленных организаций.

Аналитические платформы на основе искусственного интеллекта могут непрерывно анализировать огромные объёмы эксплуатационных данных, генерируемых производственным оборудованием, системами управления, датчиками, записями о техническом обслуживании и корпоративными приложениями.

Выявляя скрытые закономерности, эти системы помогают производителям оптимизировать операции способами, которые были бы невозможны только благодаря ручному анализу.

Распространённые применения искусственного интеллекта включают:

• Прогнозирование потребления энергии
• Оптимизация планирования производства
• Обнаружение аномалий
• Прогнозирование отказов оборудования
• Оптимизация качества
• Анализ эффективности цепочки поставок
• Оптимизация производительности процессов

Например, системы искусственного интеллекта могут выявлять незначительные отклонения в процессах, которые приводят к повышенному потреблению энергии. Затем инженеры могут принять корректирующие меры, прежде чем эта неэффективность существенно повлияет на эксплуатационные расходы или экологические показатели.

По мере того как промышленные предприятия продолжают генерировать всё большие объёмы эксплуатационных данных, искусственный интеллект будет играть всё более важную роль в инициативах по обеспечению устойчивого развития.

Цифровые двойники создают новые возможности для повышения устойчивости

Технология цифровых двойников представляет собой ещё один значительный шаг вперёд в развитии устойчивого производства.

Цифровой двойник — это виртуальное представление физического актива, процесса или предприятия. Постоянно получая данные о реальных операциях, цифровой двойник точно отражает текущие условия эксплуатации.

Это позволяет инженерам оценивать различные сценарии без создания рисков для производственных систем.

Производители могут моделировать изменения процессов, тестировать стратегии оптимизации, оценивать графики технического обслуживания и анализировать структуру энергопотребления до внедрения изменений в реальном мире.

Цифровые двойники поддерживают усилия в области устойчивого развития, помогая организациям:

• Снизить энергопотребление
• Повысить эффективность использования активов
• Оптимизировать стратегии технического обслуживания
• Сократить образование отходов
• Повысить эффективность производства
• Улучшить операционное планирование

По мере дальнейшего роста вычислительной мощности цифровые двойники становятся всё более доступными в самых разных отраслях.

Предприятия, интегрирующие передовые технологии автоматизации с инструментами цифрового проектирования, часто способны выявлять возможности для повышения устойчивости, которые остаются скрытыми в традиционных операционных средах.

Преимущества для устойчивого развития при продлении жизненного цикла активов

Одна из наиболее недооценённых стратегий устойчивого развития заключается в продлении срока полезной эксплуатации существующих промышленных активов.

Многие организации полагают, что замена устаревшего оборудования автоматически приносит экологические преимущества. Хотя современное оборудование часто более эффективно, проекты по замене также создают экологические издержки.

Производство нового оборудования требует сырья, транспортировки, энергозатрат и масштабных операций в цепочке поставок.

Во многих случаях обслуживание и модернизация существующих активов могут стать более устойчивой альтернативой.

Этот принцип особенно важен в сфере промышленной автоматизации.

Тысячи предприятий продолжают эксплуатировать проверенные временем системы управления, которые остаются критически важными для производства. Среди них:

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

Хотя эти системы могут больше не использоваться в активном производстве, они продолжают поддерживать критически важные промышленные операции по всему миру.

Стратегические программы модернизации часто позволяют организациям повысить эффективность и продлить срок эксплуатации существующих активов.

Такой подход одновременно сокращает объём электронных отходов, снижает потребность в капитальных затратах, минимизирует перебои в работе и поддерживает цели устойчивого развития.

Поэтому многие производители считают продление жизненного цикла важной частью своей более широкой экологической стратегии.

Рисунок 3. Устойчивое производство требует согласованности между технологиями, операционными процессами и организационной культурой.

Организационная культура часто определяет успех в области устойчивого развития

Одни технологии не способны решить проблемы устойчивого развития.

Даже самые передовые системы автоматизации, платформы управления энергопотреблением и инструменты предиктивного обслуживания не принесут значимых результатов, если в организациях отсутствует культура, необходимая для постоянного совершенствования.

Многие инициативы в области устойчивого развития сталкиваются с трудностями, поскольку реализуются независимо от повседневных производственных операций.

Инженеры могут сосредоточиться на надежности. Операционные команды — уделять приоритетное внимание производственным целям. Отделы технического обслуживания — концентрироваться на времени безотказной работы оборудования. Цели устойчивого развития часто оказываются изолированными в рамках отдельных корпоративных программ.

Наиболее успешные производители используют иной подход.

Вместо того чтобы рассматривать устойчивое развитие как отдельную инициативу, они напрямую интегрируют экологические цели в процесс принятия операционных решений.

Энергоэффективность становится частью программ обеспечения надежности. Стратегии технического обслуживания включают оптимизацию ресурсов. При планировании производства экологические показатели учитываются наряду с пропускной способностью и целями в области качества.

Этот комплексный подход обеспечивает долгосрочные улучшения в области устойчивого развития, которые сохраняют эффективность даже при изменении условий ведения бизнеса.

Будущее устойчивого производства

Производственный сектор вступает в период значительной трансформации.

Растущие экологические ожидания, повышение стоимости энергии, меняющиеся нормативные требования и усиливающиеся требования заинтересованных сторон заставляют организации переосмысливать традиционные операционные модели.

В то же время достижения в области автоматизации, промышленной сетевой инфраструктуры, предиктивного обслуживания, искусственного интеллекта и технологий цифровой трансформации создают новые возможности для совершенствования.

Будущее устойчивого производства не будет определяться одной технологией или экологической инициативой.

Напротив, успех будет достигнут благодаря интеграции нескольких взаимодополняющих стратегий:

• Управление энергопотреблением
• Оптимизация процессов
• Предиктивное обслуживание
• Мониторинг оборудования
• Передовая автоматизация
• Промышленная аналитика
• Цифровая трансформация
• Программы продления жизненного цикла

Организации, придерживающиеся этих принципов, смогут эффективнее сокращать выбросы, повышать эффективность, укреплять конкурентоспособность и обеспечивать долгосрочную операционную устойчивость.

Устойчивое развитие больше не является лишь экологической ответственностью. Оно стало необходимостью для бизнеса и ключевым фактором будущего успеха промышленности.

Рисунок 4. Устойчивое производство — это непрерывный путь, основанный на технологиях, инновациях и операционном совершенстве.

Рекомендуемые решения для устойчивого промышленного производства

• Изучите системы PLC и PAC для эффективного производственного процесса
• Откройте для себя передовые DCS-платформы для оптимизации процессов
• Повышайте надежность с помощью технологий мониторинга оборудования
• Узнайте больше о решениях для управления турбинами и оборудованием
• Сократите энергопотребление с помощью современных приводных технологий