Biến dữ liệu thành lợi ích sản xuất trong toàn bộ chuỗi giá trị ngành bột giấy và giấy

Rất ít lĩnh vực sản xuất phải đối mặt với mức độ phức tạp trong vận hành như ngành bột giấy và giấy. Từ các hoạt động xử lý gỗ và quy trình nấu bột đến tẩy trắng, sấy, tráng phủ, cuộn và vận chuyển, mọi công đoạn sản xuất đều phụ thuộc vào các biến số được kiểm soát chặt chẽ, tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, chi phí sản xuất và mức độ khai thác tài sản.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà máy dựa vào những chiến lược điều khiển truyền thống để duy trì sự ổn định của quy trình. Mặc dù các hệ thống này cung cấp nền tảng vận hành vững chắc, áp lực thị trường ngày càng tăng hiện đòi hỏi nhiều hơn nữa. Các nhà sản xuất phải đồng thời tăng sản lượng, giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm sử dụng hóa chất, cải thiện các chỉ số bền vững và duy trì chất lượng sản phẩm ổn định.

Do đó, chuyển đổi số đã trở thành ưu tiên chiến lược trong toàn ngành. Các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), nền tảng Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), phân tích nâng cao, học máy và Điều khiển Quy trình Tiên tiến (APC) đang giúp các nhà máy vượt ra ngoài tự động hóa cơ bản, hướng tới sự xuất sắc trong vận hành dựa trên dữ liệu.

Nhiều nhà sản xuất bột giấy và giấy đang triển khai các kiến trúc tự động hóa tích hợp, kết hợp APC, hệ thống quản lý chất lượng và công nghệ điều khiển phân tán. Các nền tảng như System 800xA của ABB được áp dụng rộng rãi vì cung cấp một môi trường thống nhất để giám sát quy trình, tối ưu hóa và ra quyết định vận hành. Các tổ chức đang đánh giá hạ tầng tự động hóa hiện đại có thể tìm hiểu thêm nhiều giải pháp tự động hóa công nghiệp ABB được sử dụng trong các ngành công nghiệp quy trình.

Cơ hội là rất lớn. Các nghiên cứu trong ngành cho thấy những chương trình số hóa thành công có thể mang lại mức cải thiện sản lượng từ 5% đến 10%, tăng hiệu suất thu hồi thêm vài điểm phần trăm, đồng thời giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, xơ sợi, nước và hóa chất. Đối với các hoạt động quy mô lớn, chỉ một mức cải thiện nhỏ cũng có thể chuyển thành khoản tiết kiệm hàng triệu đô la mỗi năm.

Bất chấp những cơ hội này, nhiều nhà máy vẫn tiếp tục chật vật với một thách thức dai dẳng: khai thác dữ liệu. Các cơ sở hiện đại tạo ra khối lượng thông tin vận hành khổng lồ mỗi ngày, nhưng phần lớn dữ liệu đó vẫn chưa được tận dụng đầy đủ. Cảm biến, bộ truyền động, máy phân tích, hệ thống lưu trữ dữ liệu, hệ thống chất lượng, thiết bị phòng thí nghiệm và các ứng dụng kinh doanh liên tục tạo ra thông tin có giá trị, nhưng thông tin này thường bị cô lập trong các hệ thống riêng biệt.

Giai đoạn tiếp theo của số hóa công nghiệp tập trung vào việc chuyển đổi nguồn thông tin chưa được khai thác này thành thông tin chuyên sâu có thể hành động. APC đã nổi lên như một trong những công nghệ hiệu quả nhất để đạt được mục tiêu đó.

Hình 1. Các hoạt động sản xuất bột giấy và giấy hiện đại phụ thuộc vào các công nghệ cảm biến, điều khiển và tối ưu hóa tích hợp để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Vì sao các chiến lược điều khiển truyền thống không còn đủ

Các hệ thống điều khiển truyền thống được thiết kế để duy trì các biến số quy trình trong những khoảng vận hành đã định trước. Mặc dù cách tiếp cận này vẫn rất cần thiết, nó thường gặp khó khăn trong việc quản lý các tương tác phức tạp tồn tại trên toàn bộ các cơ sở sản xuất bột giấy và giấy quy mô lớn.

Một thay đổi trong một khu vực của quy trình thường ảnh hưởng đến nhiều công đoạn phía sau. Sự biến động về độ đặc của bột giấy có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tẩy trắng. Những thay đổi về độ ẩm có thể tác động đến hiệu quả sấy. Sự dao động về chất lượng xơ có thể ảnh hưởng đến các đặc tính của tờ giấy thành phẩm. Người vận hành phải liên tục cân bằng các mục tiêu cạnh tranh nhau trong khi ứng phó với những điều kiện sản xuất luôn thay đổi.

Các vòng lặp PID thông thường có hiệu quả trong việc kiểm soát từng biến số riêng lẻ, nhưng không được thiết kế để đồng thời tối ưu hóa hàng chục ràng buộc quy trình có mối liên hệ với nhau.

APC khắc phục hạn chế này bằng cách phân tích mối quan hệ giữa nhiều biến số theo thời gian thực. Thay vì phản ứng với các sai lệch của quy trình sau khi chúng xảy ra, các hệ thống APC dự đoán điều kiện trong tương lai và chủ động điều chỉnh các thông số vận hành.

Khả năng dự đoán này cho phép các nhà máy vận hành gần hơn với các giới hạn hiệu suất mà không làm ảnh hưởng đến sự ổn định. Kết quả là năng suất được cải thiện, kiểm soát chất lượng chặt chẽ hơn và mức độ biến động trong vận hành giảm.

Tại nhiều cơ sở, APC hoạt động như một lớp tối ưu hóa phía trên Hệ thống điều khiển phân tán (DCS). DCS tiếp tục thực hiện các tác vụ điều khiển điều chỉnh, trong khi APC liên tục đánh giá các điều kiện quy trình và tính toán các mục tiêu vận hành tối ưu.

Khi các nhà máy theo đuổi những sáng kiến chuyển đổi số, vai trò của hệ thống điều khiển phân tán tiếp tục mở rộng. Các nền tảng DCS hiện đại là nền tảng cho APC, phân tích dữ liệu, tích hợp hệ thống lưu trữ dữ liệu lịch sử và tối ưu hóa trên toàn nhà máy. Độc giả muốn tìm hiểu các công nghệ rộng hơn hỗ trợ những ứng dụng này có thể xem các ví dụ về hệ thống điều khiển phân tán thường được triển khai trong các môi trường sản xuất quy trình quy mô lớn.

Điều khiển quy trình nâng cao cải thiện hiệu suất nhà máy như thế nào

Điều khiển quy trình nâng cao kết hợp mô hình hóa quy trình, các thuật toán dự đoán, kỹ thuật tối ưu hóa và phân tích dữ liệu theo thời gian thực để liên tục cải thiện hiệu suất sản xuất.

Mục tiêu chính rất đơn giản: tối đa hóa lợi nhuận trong khi vẫn duy trì các ràng buộc vận hành.

Trên thực tế, APC đồng thời thực hiện một số chức năng quan trọng.

Thứ nhất, APC ổn định các quy trình sản xuất. Biến động quy trình là một trong những chi phí ẩn lớn nhất trong ngành sản xuất bột giấy và giấy. Mỗi biến động đều làm tăng khả năng xảy ra sai lệch chất lượng, phát sinh chất thải, chậm sản xuất và tiêu thụ năng lượng quá mức.

Thứ hai, APC phối hợp nhiều vòng điều khiển vốn có thể vận hành độc lập. Thay vì để mỗi vòng tối ưu biến số riêng, APC đánh giá toàn bộ quy trình và xác định chiến lược vận hành tổng thể tốt nhất.

Thứ ba, APC cho phép các cơ sở vận hành gần hơn với giới hạn sản xuất mà không làm tăng rủi ro vận hành. Điều này giúp các nhà máy tăng thêm sản lượng trong khi vẫn duy trì biên chất lượng chấp nhận được.

Thứ tư, APC nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên bằng cách giảm thiểu việc tiêu thụ không cần thiết hóa chất, hơi nước, điện và nước.

Những khả năng này giải thích vì sao việc triển khai APC thường mang lại hiệu quả đầu tư nhanh chóng.

Ví dụ, trong các nồi nấu bột giấy, APC có thể duy trì điều kiện nấu ổn định hơn bất chấp những biến động về loài gỗ, độ ẩm và đặc tính nguyên liệu đầu vào. Tính ổn định này cải thiện chất lượng bột giấy đồng thời giảm tiêu thụ hóa chất.

Trong các công đoạn tẩy trắng, APC giúp duy trì độ trắng mục tiêu đồng thời giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng. Bằng cách liên tục đánh giá các điều kiện quy trình, hệ thống xác định điểm vận hành hiệu quả nhất cho từng kịch bản sản xuất.

Trong vận hành máy xeo giấy, APC góp phần cải thiện chất lượng tờ giấy, giảm sự cố đứt giấy, nâng cao khả năng vận hành ổn định và tạo ra sản lượng nhất quán hơn.

Vai trò ngày càng tăng của Điều khiển dự báo dựa trên mô hình

Một trong những công nghệ APC mạnh mẽ nhất được sử dụng trong sản xuất bột giấy và giấy là Điều khiển dự báo dựa trên mô hình (MPC).

MPC sử dụng các mô hình toán học thể hiện hành vi của quy trình. Các mô hình này cho phép hệ thống dự báo các điều kiện vận hành trong tương lai dựa trên các phép đo hiện tại và những nhiễu dự kiến.

Thay vì phản ứng sau khi thay đổi xảy ra, MPC dự đoán phản ứng của quy trình trước khi các sai lệch trở nên đáng kể.

Bộ điều khiển đánh giá nhiều hành động điều khiển khả thi và lựa chọn chiến lược đáp ứng tốt nhất các mục tiêu sản xuất đồng thời tuân thủ các ràng buộc vận hành.

Khả năng này đặc biệt có giá trị trong các ứng dụng bột giấy và giấy vì nhiều biến số quan trọng có độ trễ đáng kể, mối quan hệ phi tuyến và tương tác phức tạp.

Các ví dụ bao gồm:

• Kiểm soát nhiệt độ nồi nấu bột giấy
• Tối ưu hóa lò nung vôi
• Quản lý hiệu suất thiết bị cô đặc
• Cân bằng hệ thống hơi
• Vận hành lò hơi thu hồi
• Kiểm soát độ ẩm máy xeo giấy
• Tối ưu hóa định lượng giấy
• Quản lý quy trình tráng phủ

Khác với các chiến lược điều khiển truyền thống, MPC đánh giá toàn bộ khoảng thời gian dự báo của quy trình thay vì chỉ phản hồi những thay đổi đo lường tức thời. Điều này cho phép người vận hành dự đoán các nhiễu động và duy trì điều kiện vận hành tối ưu trong thời gian dài hơn.

Nhiều nhà cung cấp giải pháp tự động hóa hàng đầu hiện tích hợp công nghệ MPC vào các nền tảng APC của họ, bao gồm các giải pháp được triển khai trên các kiến trúc tự động hóa quy trình của ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa và Schneider Electric.

Việc ngày càng có nhiều năng lực tính toán, dữ liệu lịch sử, công cụ phân tích đám mây và máy học đã tiếp tục mở rộng hiệu quả của các ứng dụng MPC trong toàn ngành.

Những khu vực APC mang lại giá trị lớn nhất trong các nhà máy hiện đại

Mặc dù APC có thể được áp dụng trên toàn bộ cơ sở, một số khu vực sản xuất luôn tạo ra lợi nhuận cao nhất nhờ tính phức tạp, cường độ tiêu thụ năng lượng và tác động đến các hoạt động ở công đoạn sau.

Một trong những ví dụ được nhắc đến thường xuyên nhất là lò nung vôi. Là một thành phần quan trọng của chu trình thu hồi hóa chất, lò nung vôi tiêu thụ lượng năng lượng đáng kể và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế tổng thể của nhà máy.

Vận hành lò nung theo phương pháp truyền thống thường phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành. Biến động về chất lượng nhiên liệu, đặc tính nguyên liệu thay đổi và điều kiện môi trường dao động có thể gây mất ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả năng lượng.

APC mang đến một phương pháp tiếp cận có hệ thống hơn. Bằng cách liên tục giám sát các biên dạng nhiệt độ, nồng độ oxy, lưu lượng nhiên liệu và các ràng buộc của quy trình, hệ thống duy trì điều kiện vận hành ổn định đồng thời giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng.

Một số ứng dụng công nghiệp đã cho thấy mức giảm đáng kể độ dao động nhiệt độ, nồng độ oxy thấp hơn và mức tiết kiệm nhiên liệu có thể đo lường được sau khi triển khai APC. Những cải thiện này không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

Lò hơi thu hồi là một ứng dụng APC có giá trị cao khác. Các thiết bị này đóng vai trò trung tâm trong quá trình thu hồi hóa chất và phát hơi nước, khiến độ tin cậy và hiệu suất trở thành những mục tiêu then chốt.

Vận hành lò hơi thu hồi đòi hỏi phải cân bằng nhiều biến số tương tác, bao gồm nồng độ chất rắn trong dịch đen, phân phối không khí đốt, mục tiêu sản xuất hơi nước, nhiệt độ lò và các yêu cầu về phát thải.

Các hệ thống APC liên tục đánh giá những mối quan hệ này và thực hiện các điều chỉnh phối hợp, giúp nâng cao hiệu suất đốt trong khi vẫn duy trì điều kiện vận hành an toàn. Kết quả là sản lượng hơi nước tăng, khả năng thu hồi năng lượng được cải thiện và hiệu suất quy trình ổn định hơn.

Các hệ thống thiết bị bay hơi cũng được hưởng lợi đáng kể từ việc tối ưu hóa nâng cao. Thiết bị bay hơi tiêu thụ lượng lớn hơi nước và tác động trực tiếp đến chu trình thu hồi.

Thông qua mô hình hóa dự đoán và điều khiển phối hợp, APC giúp tối đa hóa hiệu suất bay hơi đồng thời giảm thiểu mức sử dụng hơi nước. Ngay cả những cải thiện nhỏ về hiệu suất của thiết bị bay hơi cũng có thể tạo ra khoản tiết kiệm năng lượng hằng năm đáng kể cho các nhà máy quy mô lớn.

Trong hoạt động của máy xeo giấy, APC thường tập trung vào kiểm soát độ ẩm, tính nhất quán của định lượng, tối ưu hóa quá trình sấy, độ ổn định của tờ giấy và cải thiện tốc độ sản xuất.

Vì máy xeo giấy vận hành liên tục ở tốc độ cao, ngay cả những biến động nhỏ của quy trình cũng có thể gây ra các vấn đề đáng kể về chất lượng hoặc tổn thất sản xuất. APC giúp giảm những biến động này, cho phép người vận hành duy trì các thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn đồng thời tăng năng suất máy.

Hình 2. Động cơ, bộ truyền động và hệ thống tự động hóa hiệu suất cao đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu quả sản xuất tại các cơ sở bột giấy và giấy hiện đại.

Mối liên hệ giữa APC và hiệu quả năng lượng

Năng lượng vẫn là một trong những khoản chi phí vận hành lớn nhất trong ngành sản xuất bột giấy và giấy. Hệ thống hơi nước, lò hơi thu hồi, khu vực sấy, bơm, quạt, máy nén, máy nghiền và động cơ cộng lại chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí sản xuất.

Trước đây, nhiều nhà máy tập trung các nỗ lực giảm năng lượng vào việc nâng cấp thiết bị. Mặc dù cải tiến phần cứng vẫn quan trọng, các công nghệ tối ưu hóa kỹ thuật số ngày càng mang lại lợi ích tương đương hoặc lớn hơn mà không đòi hỏi các khoản đầu tư vốn lớn.

APC trực tiếp góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng bằng cách giảm biến động của quy trình.

Khi các quy trình vận hành ổn định hơn, thiết bị sẽ mất ít thời gian hơn để bù trừ các nhiễu động. Mức tiêu thụ hơi nước trở nên dễ dự đoán hơn. Hệ thống sấy vận hành gần với điều kiện tối ưu hơn. Các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả hơn. Có thể giảm các biên an toàn quá lớn mà không làm tăng rủi ro vận hành.

Ví dụ, hoạt động sấy thường là công đoạn tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một máy xeo giấy. Những mức giảm nhỏ trong độ biến thiên độ ẩm có thể làm giảm đáng kể nhu cầu hơi nước mà vẫn duy trì các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm cuối cùng.

Tương tự, APC có thể tối ưu hóa hoạt động nghiền bằng cách cân bằng năng lượng đầu vào với các đặc tính xơ mong muốn. Thay vì sử dụng năng lượng nghiền quá mức, hệ thống liên tục điều chỉnh các thông số vận hành để đạt các mục tiêu chất lượng với mức tiêu thụ điện năng tối thiểu.

Khi các sáng kiến phát triển bền vững ngày càng được coi trọng, những cải tiến về hiệu suất này mang lại cả lợi ích tài chính lẫn môi trường. Giảm mức sử dụng năng lượng giúp hạ chi phí vận hành, đồng thời hỗ trợ các mục tiêu khử carbon của doanh nghiệp.

Kiểm tra giấy tự động đưa kiểm soát chất lượng đến gần thời gian thực hơn

Chất lượng vẫn là một trong những yếu tố khác biệt cạnh tranh quan trọng nhất trong ngành bột giấy và giấy. Khách hàng kỳ vọng tính nhất quán, bất kể sản lượng, tốc độ máy hay mức độ biến động của nguyên liệu thô.

Các phương pháp kiểm tra truyền thống trong phòng thí nghiệm từ lâu đã cung cấp thông tin chất lượng có giá trị, nhưng cũng có những hạn chế. Mẫu phải được thu thập, vận chuyển, chuẩn bị, phân tích và báo cáo trước khi có thể thực hiện các hành động khắc phục.

Độ trễ này tạo ra khoảng cách giữa điều kiện quy trình và phản hồi chất lượng.

Các hệ thống kiểm tra giấy tự động giúp thu hẹp khoảng cách đó.

Các nền tảng kiểm tra hiện đại có thể thực hiện nhiều phép đo với sự can thiệp tối thiểu của nhân viên vận hành. Các đặc tính như độ bền kéo, độ chịu bục, độ bền nén, độ dày, độ ẩm, độ sáng, độ đục, độ nhẵn và độ cứng có thể được đánh giá nhanh chóng và nhất quán.

Lợi ích còn vượt xa việc tiết kiệm nhân công.

Tự động hóa cải thiện tính nhất quán bằng cách loại bỏ nhiều nguồn biến động do con người. Tự động hóa cũng tăng tần suất kiểm tra, cho phép các nhà máy tạo ra bộ dữ liệu lớn hơn đáng kể so với phương pháp thủ công.

Thay vì phụ thuộc vào các mẫu phòng thí nghiệm được lấy định kỳ, nhân viên vận hành có thể tiếp cận các luồng thông tin chất lượng liên tục, hỗ trợ ra quyết định nhanh hơn.

Khả năng này đặc biệt mạnh mẽ khi được tích hợp với các nền tảng APC.

Các phép đo chất lượng có thể được tích hợp trực tiếp vào các thuật toán tối ưu hóa, cho phép hệ thống điều khiển liên tục điều chỉnh điều kiện vận hành để đáp ứng các yêu cầu sản phẩm thay đổi.

Thay vì chỉ phát hiện các vấn đề về chất lượng sau khi sản xuất, hệ thống chủ động ngăn chúng xảy ra.

Vì sao chất lượng dữ liệu quan trọng không kém điều khiển quy trình

Thành công của bất kỳ sáng kiến APC nào phụ thuộc rất lớn vào chất lượng dữ liệu.

Nhiều nhà máy có hàng nghìn cảm biến phân bố khắp cơ sở. Tuy nhiên, số lượng cảm biến đơn thuần không đảm bảo cung cấp thông tin hữu ích.

Các phép đo không chính xác, hiện tượng trôi hiệu chuẩn, lỗi truyền thông, khoảng trống dữ liệu lịch sử và quy trình thu thập dữ liệu không nhất quán có thể hạn chế hiệu quả của các chương trình tối ưu hóa.

Do đó, các dự án chuyển đổi số hàng đầu thường bắt đầu bằng việc đánh giá hệ thống đo lường.

Trước khi triển khai phân tích nâng cao hoặc các ứng dụng APC, kỹ sư đánh giá tình trạng cảm biến, hạ tầng truyền thông, hiệu suất hệ thống lưu trữ dữ liệu lịch sử và các quy trình quản lý dữ liệu.

Việc nâng cấp hệ thống đo lường thường mang lại những lợi ích đáng kể ngay từ chính bản thân chúng. Các bộ truyền tín hiệu, thiết bị phân tích, hệ thống giám sát rung hiện đại, bộ điều khiển động cơ thông minh và thiết bị hỗ trợ IIoT giúp tăng khả năng quan sát các tài sản sản xuất quan trọng.

Ví dụ, các công nghệ giám sát tình trạng có thể xác định những vấn đề đang phát triển ở thiết bị trước khi chúng gây ra thời gian ngừng hoạt động tốn kém. Các chương trình bảo trì dự đoán sử dụng phân tích rung động, giám sát nhiệt độ và các thuật toán học máy để phát hiện những dấu hiệu sớm của sự suy giảm tình trạng tài sản.

Thông tin này bổ trợ cho APC bằng cách bảo đảm các tài sản sản xuất vẫn có khả năng thực hiện các chiến lược tối ưu hóa một cách đáng tin cậy.

Nếu thiết bị không ở trạng thái tốt và phép đo không đáng tin cậy, ngay cả nền tảng tối ưu hóa tinh vi nhất cũng không thể mang lại kết quả bền vững.

Kết nối Công nghệ Thông tin và Công nghệ Vận hành

Một trong những thay đổi quan trọng nhất đang diễn ra trong ngành sản xuất bột giấy và giấy là sự hội tụ của Công nghệ Thông tin (IT) và Công nghệ Vận hành (OT).

Trước đây, hệ thống sản xuất và hệ thống kinh doanh hoạt động độc lập. Các mạng điều khiển quy trình tập trung vào việc vận hành thiết bị, trong khi các ứng dụng doanh nghiệp quản lý hoạt động lập kế hoạch, mua sắm, tồn kho và tài chính.

Ngày nay, các môi trường này ngày càng được kết nối với nhau.

Dữ liệu sản xuất hiện lưu chuyển từ các thiết bị đo tại hiện trường qua PLC, PAC, nền tảng DCS, hệ thống lưu trữ dữ liệu lịch sử, hệ thống điều hành sản xuất (MES) và các môi trường phần mềm doanh nghiệp. Sự tích hợp này tạo ra những cơ hội mới để tăng khả năng quan sát vận hành và tối ưu hóa kinh doanh.

Các nhà quản lý nhà máy có thể đánh giá hiệu suất sản xuất gần như theo thời gian thực. Các nhóm bảo trì được tiếp cận thông tin dự đoán về tình trạng tài sản. Nhân sự chuỗi cung ứng nhận được các dự báo sản xuất được cải thiện. Ban lãnh đạo điều hành có khả năng quan sát rõ hơn các chỉ số hiệu suất vận hành.

Kết quả là một tổ chức linh hoạt hơn, có khả năng phản ứng nhanh hơn trước những thay đổi của điều kiện thị trường.

Tuy nhiên, khả năng kết nối này cũng đặt ra các vấn đề về an ninh mạng. Khi quá trình số hóa mở rộng, các nhà máy phải bảo vệ những hệ thống điều khiển quan trọng trước các mối đe dọa mạng ngày càng tinh vi.

Do đó, chuyển đổi số thành công đòi hỏi một chiến lược cân bằng, kết hợp hiệu quả vận hành, độ tin cậy của hệ thống và khả năng chống chịu trước các mối đe dọa an ninh mạng.

Hệ thống Kiểm soát Chất lượng Trở thành Tài sản Sản xuất Chiến lược

Trong khi APC tập trung tối ưu hóa hiệu suất quy trình, Hệ thống Kiểm soát Chất lượng (QCS) cung cấp khả năng quan sát cần thiết để bảo đảm mọi quyết định tối ưu hóa đều phù hợp với các thông số kỹ thuật của sản phẩm.

Khách hàng giấy hiện đại ngày càng yêu cầu dung sai chặt chẽ hơn. Các nhà sản xuất bao bì, nhà sản xuất giấy tissue, nhà cung cấp giấy đặc chủng và nhà sản xuất giấy in đều yêu cầu các đặc tính sản phẩm nhất quán trong mọi đợt sản xuất.

Việc đáp ứng những kỳ vọng này trở nên khó khăn khi tốc độ sản xuất vượt quá vài nghìn mét mỗi phút.

Đây là lúc các nền tảng QCS mang lại giá trị vượt trội.

Không giống như phương pháp kiểm tra trong phòng thí nghiệm truyền thống, các giải pháp QCS liên tục giám sát những thông số chất lượng quan trọng trong suốt quá trình sản xuất. Các cảm biến quét di chuyển ngang theo chiều rộng tờ giấy, thu thập những phép đo giúp người vận hành xác định các biến động trước khi chúng trở thành vấn đề chất lượng nghiêm trọng.

Các phép đo chính thường bao gồm:

• Định lượng cơ bản
• Biên dạng độ ẩm
• Độ dày tờ giấy
• Định lượng lớp phủ
• Định hướng sợi
• Hàm lượng tro
• Độ đục
• Độ sáng
• Độ nhất quán màu sắc

Các phép đo này cung cấp cái nhìn toàn diện về hiệu suất máy móc và chất lượng sản phẩm. Thay vì dựa vào các mẫu lấy định kỳ, người vận hành có được khả năng quan sát liên tục mọi giai đoạn sản xuất.

Khi được tích hợp với APC, QCS trở nên mạnh mẽ hơn nữa.

Các phép đo chất lượng có thể tự động tác động đến việc điều chỉnh quy trình, tạo ra một môi trường tối ưu hóa vòng kín, trong đó hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm được quản lý đồng thời.

Sự tích hợp này làm giảm sản lượng không đạt tiêu chuẩn, giảm thiểu khiếu nại của khách hàng, giảm lượng chất thải phát sinh và cải thiện khả năng sinh lời tổng thể.

Đối với các cơ sở sản xuất khối lượng lớn, nơi sản xuất hàng nghìn tấn giấy mỗi ngày, ngay cả những cải thiện nhỏ về độ ổn định chất lượng cũng có thể mang lại lợi nhuận tài chính đáng kể.

Trí tuệ nhân tạo đang mở rộng phạm vi tối ưu hóa quy trình

Mặc dù các công nghệ APC và QCS đã được sử dụng thành công trong nhiều năm, những tiến bộ gần đây trong trí tuệ nhân tạo đang mở rộng những gì các nhà máy có thể đạt được với dữ liệu vận hành.

Các thuật toán học máy có thể nhận diện những mô hình mà các hệ thống điều khiển truyền thống hoặc người vận hành khó nhận ra.

Bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử sản xuất trong nhiều năm, các nền tảng AI có thể phát hiện mối quan hệ giữa chất lượng nguyên liệu, điều kiện quy trình, hiệu suất thiết bị, các biến số môi trường và đặc tính sản phẩm cuối cùng.

Năng lực này hỗ trợ một thế hệ ứng dụng tối ưu hóa mới.

Ví dụ, các mô hình học máy có thể dự báo kết quả chất lượng giấy trước khi hoàn tất sản xuất. Người vận hành nhận được cảnh báo sớm khi các điều kiện quy trình cho thấy xác suất sai lệch chất lượng cao hơn.

Các đội ngũ bảo trì cũng có thể hưởng lợi từ hoạt động phân tích dựa trên AI.

Sự cố thiết bị hiếm khi xảy ra mà không có cảnh báo. Động cơ, máy bơm, hộp số, máy nghiền tinh, hệ thống chân không và máy móc quay thường tạo ra những thay đổi có thể đo lường được về độ rung, nhiệt độ, mức tiêu thụ điện năng hoặc diễn biến quy trình trước khi hỏng hóc xảy ra.

Các hệ thống AI liên tục phân tích những tín hiệu này và xác định các điều kiện vận hành bất thường có thể cho thấy các vấn đề đang phát triển ở thiết bị.

Phương pháp này hỗ trợ các chiến lược bảo trì dự đoán, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và cải thiện mức độ khai thác tài sản.

Tại nhiều nhà máy, các chương trình bảo trì dự đoán hiện được triển khai song song với các sáng kiến APC như một phần của chiến lược chuyển đổi số rộng hơn.

Sự kết hợp này tạo ra một khuôn khổ vận hành mạnh mẽ, trong đó các quy trình được tối ưu hóa liên tục, đồng thời các tài sản quan trọng cũng được giám sát liên tục.

Hình 3. Các công nghệ số như AI, IIoT, phân tích dữ liệu, APC và bảo trì dự đoán đang giúp các nhà sản xuất bột giấy và giấy nâng cao khả năng chống chịu và hiệu suất vận hành.

Cách các nền tảng tự động hóa hàng đầu hỗ trợ triển khai APC

Hiệu quả của APC phụ thuộc rất nhiều vào hạ tầng tự động hóa hỗ trợ hệ thống. May mắn là các cơ sở bột giấy và giấy hiện đại có quyền tiếp cận những nền tảng điều khiển có năng lực cao, được thiết kế riêng cho các ngành công nghiệp quy trình phức tạp.

System 800xA của ABB vẫn là một trong những giải pháp được công nhận rộng rãi nhất trong ngành, kết hợp điều khiển quy trình, tích hợp điện, các ứng dụng APC, chức năng lưu trữ dữ liệu lịch sử và quản lý tài sản trong một môi trường thống nhất. Khả năng tích hợp thông tin từ nhiều khu vực sản xuất khiến nền tảng này đặc biệt phù hợp với các hoạt động quy mô lớn trong ngành bột giấy và giấy.

Honeywell Experion PKS là một kiến trúc khác được triển khai rộng rãi cho các cơ sở có quy trình chuyên sâu. Phương pháp tích hợp về điều khiển quy trình, quản lý cảnh báo, hiệu quả của người vận hành và khả năng quan sát toàn nhà máy hỗ trợ các sáng kiến tối ưu hóa trên cả hệ thống sản xuất và hệ thống tiện ích.

Emerson DeltaV tiếp tục đóng vai trò quan trọng tại các nhà máy mong muốn đạt mức độ ổn định quy trình và tính linh hoạt trong vận hành cao. Khả năng điều khiển nâng cao, kết hợp với các công cụ phân tích toàn diện và hỗ trợ vòng đời, giúp người vận hành cải thiện hiệu suất trong khi vẫn duy trì độ tin cậy của hệ thống.

Yokogawa CENTUM VP thường được lựa chọn cho các cơ sở ưu tiên tính liên tục trong vận hành và khả năng sẵn sàng lâu dài của hệ thống. Thiết kế lấy quy trình làm trung tâm hỗ trợ các ứng dụng APC phức tạp, đồng thời duy trì độ tin cậy cao được kỳ vọng trong môi trường sản xuất liên tục.

Bất kể lựa chọn nhà cung cấp nào, các triển khai APC thành công thường có chung một số đặc điểm: thiết bị đo đáng tin cậy, hạ tầng điều khiển mạnh mẽ, mô hình quy trình chính xác, sự tham gia tích cực của người vận hành và hoạt động giám sát hiệu suất liên tục.

Công nghệ tự thân hiếm khi đảm bảo thành công. Kết quả bền vững đòi hỏi sự cam kết của tổ chức và các nỗ lực tối ưu hóa liên tục.

Xây dựng Hướng tới Nhà máy Tự chủ

Khái niệm vận hành tự chủ đang nhanh chóng thu hút sự quan tâm trong toàn ngành bột giấy và giấy.

Một nhà máy tự chủ không loại bỏ sự tham gia của con người. Thay vào đó, nhà máy sử dụng các công nghệ tự động hóa tiên tiến để nhân sự có thể tập trung vào việc ra quyết định mang lại giá trị cao hơn, trong khi các hoạt động tối ưu hóa thường nhật diễn ra tự động.

Trong tầm nhìn này, APC liên tục quản lý độ ổn định của quy trình. QCS duy trì chất lượng sản phẩm. AI dự đoán các điều kiện vận hành trong tương lai. Các hệ thống bảo trì dự đoán xác định rủi ro thiết bị trước khi xảy ra sự cố. Bản sao số mô phỏng các kịch bản vận hành. Người vận hành giám sát sản xuất thông qua các nền tảng trực quan hóa tiên tiến thay vì điều chỉnh thủ công từng vòng điều khiển.

Một số doanh nghiệp dẫn đầu trong ngành đã bắt đầu triển khai các thành phần của chiến lược này.

Các mô hình học máy hỗ trợ lập kế hoạch sản xuất. Các hệ thống chất lượng tự động giảm khối lượng công việc trong phòng thí nghiệm. Các ứng dụng APC liên tục tối ưu hóa những tài sản tiêu thụ nhiều năng lượng. Các nền tảng phân tích dựa trên đám mây cung cấp khả năng quan sát hoạt động trên toàn doanh nghiệp.

Mặc dù các nhà máy hoàn toàn tự chủ vẫn là mục tiêu dài hạn, những công nghệ nền tảng này đã và đang mang lại giá trị kinh doanh có thể đo lường được.

Quá trình chuyển đổi diễn ra từng bước thay vì thông qua một dự án chuyển đổi duy nhất. Mỗi lần triển khai APC thành công, mỗi sáng kiến bảo trì dự đoán và mỗi ứng dụng AI đều đưa các cơ sở tiến gần hơn đến một mô hình vận hành tự chủ.

Từ Dữ liệu Quy trình đến Lợi thế Cạnh tranh

Ngành bột giấy và giấy đã bước vào một kỷ nguyên mới, trong đó hiệu quả vận hành ngày càng phụ thuộc vào mức độ hiệu quả mà các tổ chức khai thác dữ liệu.

Điều khiển Quy trình Tiên tiến, các hệ thống kiểm tra tự động, Hệ thống Kiểm soát Chất lượng, trí tuệ nhân tạo và các công nghệ IIoT không còn là những khái niệm thử nghiệm. Chúng đang trở thành những công cụ thiết yếu để cải thiện khả năng sinh lợi, tính bền vững và năng lực cạnh tranh.

Các cơ sở tích hợp thành công những công nghệ này có thể giảm biến động, cải thiện tính nhất quán của sản phẩm, giảm mức tiêu thụ năng lượng, tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lực và tăng sản lượng mà không cần mở rộng đáng kể về mặt vật lý.

Những triển khai thành công nhất cho thấy chuyển đổi số không chỉ đơn giản là thu thập thêm thông tin. Giá trị thực sự đến từ việc chuyển đổi dữ liệu vận hành thành thông tin chuyên sâu có thể hành động, qua đó cải thiện việc ra quyết định trên toàn bộ chuỗi giá trị.

Khi các yêu cầu sản xuất không ngừng thay đổi, APC sẽ tiếp tục là một trong những công nghệ nền tảng quan trọng nhất, giúp các nhà sản xuất bột giấy và giấy thu hẹp khoảng cách giữa hoạt động xuất sắc và hiệu quả kinh doanh dài hạn.