Без загуби: интелигентна ефективност в цеха

• Ако модерната индустрия има свой цвят, той е 50 нюанса зелено
  
  
• Енергийната и ресурсната ефективност са новият стратегически императив на световното производство
  
  
• Дигиталните технологии предлагат нов подход и разширени възможности за контрол и минимизиране на загубите

Ако модерната индустрия има свой цвят, той отдавна не е сиво, черно или пък ръждивокафяво. През последните години цветовата схема в света на промишлените технологии може по-скоро да бъде определена като… 50 нюанса зелено. В контекста на повсеместния стремеж към декарбонизация и намаляване на експлоатационните разходи нисковъглеродните решения вземат все по-голям превес пред енергоемките, разхитителни и често екологично непригодни процеси от миналото.

Енергийната и ресурсната ефективност са новата мантра на световното производство, а предприятията преследват тези цели с най-различни мерки и технически средства – подходи за намаляване на престоите, управление на материалите и суровините, рециклиране, енергиен, воден и сграден мениджмънт и др. Напредъкът обаче невинаги е въпрос само на технологии. Често се налага и мащабна културна трансформация – цялостна промяна в мисленето на собственици, мениджъри и служители, които да бъдат убедени в това, че всяка секунда, всяка капка и всеки ват са от значение. Кои са най-успешните стратегии за елиминиране на загубите и постигане на оптимална ефективност в съвременните фабрики – предстои да разгледаме в следващите редове.

Двойният преход – към цифрово и зелено производство

В свят на ограничени ресурси, агресивни скокове в цените на енергията и на ръба на екологична катастрофа производственият сектор се сблъсква с безпрецедентно предизвикателство – да намали въглеродния си отпечатък и да повиши ефективността си, като същевременно си осигури икономическа издръжливост и пазарна конкурентоспособност. Това важи в особена степен за енергийно интензивните сектори, като добивния отрасъл и металургията, химическата индустрия, производството на цимент, пластмасовата, каучуковата, керамичната, целулозно-хартиената и текстилната промишленост и т. н. Амбициозните климатични цели на глобално ниво и необходимостта от намаляване на излишните разходи в предприятията, за да е възможно финансовото им оцеляване и възстановяване, допълват ребуса пред съвременната индустрия.

На този фон възниква нова производствена парадигма – интелигентна ефективност с нулеви загуби. Двойният преход – към по-зелено и дигитализирано производство, е в основата на самата концепция за интелигентни фабрики. Чрез интегриране на съвременни цифрови технологии, като Internet of Things, изкуствен интелект и киберфизични системи, с устойчиви практики бизнесът и индустрията се стремят да повишат производителността, като същевременно минимизират въздействието си върху околната среда. Тази конвергенция позволява оптимизация на процесите в реално време, намаляване на загубите и отпадъците и въвеждане на кръгови модели. Нещо повече – класическите бизнес философии като Lean и Six Sigma сега могат да се възползват от мощта на дигиталните технологии, за да изведат оперативната и ресурсната ефективност на ново ниво.

Производствените компании се стараят да произвеждат не само повече, но и по-умно и отговорно. В този контекст ефективността се издига до стратегически императив, постижим единствено чрез иновативни технологични решения на всяко възможно йерархично ниво – от производствения цех до висшето управление. Все по-често прилагана мярка са инвестициите в интегрирани софтуерни платформи за мениджмънт на ресурсите, включително в SCADA, ERP и MES системи, позволяващи пълна прозрачност и контрол над материалните потоци, ефективното оползотворяване на човешкия труд и потреблението на вода, енергия и консумативи.

Специализираният софтуер обикновено върви със съответните физически средства за събиране на информация и мониторинг – сензори, умни измервателни уреди и усъвършенствани комуникационни модули, които осигуряват на предприятията обратна връзка в реално време за работата и ефективността на оборудването, протичането на технологичните процеси и интензитета на консумация на различни ключови ресурси.
Интелигентни сензори днес се внедряват във всяка възможна машина или компонент, във всяка станция или линия в рамките на заводската инфраструктура с цел проследяване на параметри, диагностика и оптимизация на производствените операции. Събраните данни дават възможност за непрекъснат мониторинг в реално време, AI базиран анализ и незабавно регистриране на всякакви аномалии и отклонения, водещи до потенциални или реални загуби.

Важен стълб по пътя към интелигентна ефективност са и политиките и ангажиментите на компаниите в областта на ESG (Environmental, Social and Governance). ESG се утвърждава като водеща рамка за оценка на устойчивостта на организациите чрез анализ на тяхното екологично въздействие, социална отговорност и управленски практики.

Умно използване на ресурси и ВЕИ интеграция

Платформите за проследяване и управление на потреблението на вода, енергия и други критични ресурси в предприятията имат все по-важна роля в програмите за устойчивост и декарбонизация, а обхватът им непрестанно се разширява към все повече технологични и бизнес процеси и направления. С помощта на сензори, IoT и алгоритми за машинно самообучение тези системи могат не само да измерват, но и да прогнозират консумацията в различни сценарии, помагайки на компаниите по-добре да планират дейностите и разходите си, както и предварително да се подготвят за инциденти, прекъсвания или скокове в цените. Ефектът от подобни практики може да бъде многократно подсилен чрез интегрирането на модели за повторно използване на съществените ресурси – чрез технологии за рекуперация и регенерация на енергия, пречистване на технологична вода, рециклиране на отпадъци или остатъци от материали и т. н. Популярна практика е т. нар. промишлена симбиоза, при която отпадъкът от едно предприятие се оказва ценна суровина за друго. Все по-прилагани са и стратегии като модуларизация и “обратна логистика”, улесняващи разглобяването, ремонта и повторното използване на части или цели продукти след приключване на жизнения им цикъл.

Стратегиите за умно потребление на ресурсите могат да се прилагат и на ниво сграда, тъй като услуги като отопление, вентилация, климатизация, осветление и т. н. имат съществен дял в общата консумация на енергия в индустриалните обекти. Чрез унифицирани платформи за енергиен мениджмънт (EMS) и/или сградно управление и автоматизация (BMS), интегриращи енергийноефективни мотори, честотни регулатори, умни сензори и термостати, клапани, контролери и изпълнителни механизми, фасилити мениджърите могат локално или отдалечено да наблюдават и контролират как се използват електричеството и други ресурси в обекта и да сведат до минимум загубите, водещи до излишно големи сметки.

Обширни възможности за повишаване на ефективността във фабриките и редуциране на въглеродния им отпечатък разкриват възобновяемите енергийни източници. Локалното внедряване на системи за производство на ВЕИ енергия за собствени цели (например покривни или наземни соларни централи, ветрогенератори, биогазови инсталации, геотермални термопомпи и др.) или закупуването на зелено електричество чрез PPA договори за корпоративно снабдяване са двата най-популярни подхода за намаляване на зависимостта от изкопаеми горива на предприятията и диверсифициране на енергийния им микс. В съчетание със системи за батерийно съхранение, умни инвертори, контролери и интелигентни мрежови технологии възобновяемите източници осигуряват устойчиво и рентабилно производство и потребление на енергия, което е в синхрон както с целите за устойчивост, така и за конкурентоспособност. Много компании целево влизат в ролята на просюмъри – едновременно потребители и производители на ВЕИ енергия, които подават излишъците обратно към електропреносната мрежа, като така активно допринасят за зеления енергиен преход.

Шестте големи групи загуби

Преследвайки цели за минимизиране на загубите и интелигентна ефективност, е важно да бъдем наясно откъде произтича неефективността в производството. Една от най-разпространените в световен мащаб методологии за измерване и оценка в това направление отчита т. нар. OEE – обща ефективност на оборудването (Overall Equipment Effectiveness). Тя се основава на три ключови фактора – наличие, производителност и качество. OEE предлага структуриран метод за определяне на това колко ефективно е производственото оборудване и изпълнява функцията на ключов инструмент за идентифициране на “шестте големи загуби” (Six Big Losses), влошаващи производителността. Сред тях са:

• Непланираните престои вследствие на неизправности и повреди;
  
  
• Планираното извеждане от експлоатация за почистване, поддръжка, пренастройка, смяна на инструменти или преоборудване;
  
  
• Кратките, но чести прекъсвания и забавяния, причинявани от сензорни грешки, неправилно подравняване или позициониране на различни компоненти и елементи;
  
  
• Работата при по-ниска от оптималната скорост;
  
  
• Производствените дефекти, които са в разрез със стандартите за качество и правят дадени продукти или партиди негодни;
  
  
• Загубите, свързани с брак при въвеждането на нова машина, линия или процес, преди да е достигнат стабилен режим на работа.

Преодоляването на тези ключови предизвикателства, влошаващи оперативната и ресурсна ефективност, е свързано както с подходящите технологични, така и с правилните управленски решения.

Дигиталният подход към устойчивостта

За да се справят със загубите вследствие на нежелани или планирани прекъсвания на производството, все повече предприятия залагат на прогнозна поддръжка, базирана на IoT и AI технологии. Чрез мониторинг на температура, вибрации, ток и други ключови параметри и обработка на измервателните данни посредством алгоритми за машинно самообучение могат ранно да бъдат откривани и предотвратявани различни проблеми, като износване, счупване, претоварване и отказ, а обслужването да се насрочва само когато реално е необходимо, вместо по предварителен график на фиксирани интервали. Основен приоритет е максимизирането на експлоатационната наличност (т. нар. “uptime”) на оборудването, а комбинирането на дигитализирана поддръжка, облачни платформи за съхранение и обработка на данни и AI анализ свежда до минимум рисковете от продължителни престои, тежки аварии и скъпи и времеемки ремонти.

Ключов инструмент в борбата със загубите и неефективността в модерното производство е автоматизацията с целия й принадлежащ арсенал от интелигентни и цифрови технологии. Ретрофитът на оборудването в експлоатация чрез сензори, контролери и задвижвания от по-ново поколение или подмяната на остарелите и амортизирани машини и агрегати с по-умни и енергийноефективни нови модели може в редица случаи да изисква значителни инвестиции, но ползите в дългосрочен план многократно надхвърлят разходите, а възвръщаемостта е сравнително бърза. Един задълбочен предварителен енергиен одит може не само да идентифицира зони, системи и процеси с понижена енергийна ефективност, но и да предостави количествена оценка на потенциалните спестявания при модернизация. Освен това, той насочва мениджърите към конкретни точки и съоръжения, които изискват оптимизация.

Друга група загуби е свързана с необходимостта от физическо посещение на повредени машини от техници по поддръжката, далечни пътувания до географски раздалечени промишлени обекти или времеемко обхождане на множество съоръжения в големи халета и цехове от един служител или екип. Тези загуби на време и средства също могат да бъдат значително намалени с помощта на дигиталните технологии, например чрез платформи за отдалечено управление, добавена и виртуална реалност. Ключова е ролята и на изкуствения интелект, особено в системи за контрол и осигуряване на качеството, както и за процесна оптимизация. AI алгоритмите могат да пресяват гигантски обеми от информация, да сравняват реални параметри, графики, цикли и последователности с базови и оптимални линии, както и директно да дават предложения за подобрения в реално време и в перспектива.

Важна основа за минимизиране на загубите и постигане на интелигентна ефективност в модерните цехове осигуряват виртуализацията, симулацията и дигиталните двойници. Посредством по-всеобхватна или дори цялостна видимост на разпръснатите из един завод машини, агрегати и съоръжения, както и чрез предварително тестване на бъдещи конфигурации и производствени линии във виртуална среда, мениджърите лесно намират привидно скрити процеси, етапи или звена, които ограничават общата ефективност (т. нар. “bottlenecks”), както и подходящи възможности за оптимизация.