Doskonałość operacyjna w sektorach przemysłu, w których stosuje się procesy technologiczne o charakterze ciągłym (takich jak przemysł chemiczny czy petrochemiczny), opiera się na zawartych w tytule obszarach. Szczególne znaczenie ma również umiejętne ich zintegrowanie, możliwe dzięki wykorzystaniu odpowiednich rozwiązań.
Pierwszy obszar to projektowanie procesów technologicznych (engineering) – od opracowania koncepcji aż po planowanie na poziomie operacyjnym. Opracowanie podstawowej dokumentacji projektowej FEED (Front-End Engineering Design) obejmuje kompleksowy proces planowania i projektowania. Działania te wykonuje się na wczesnym etapie cyklu realizacji przedsięwzięcia, kiedy możliwość wprowadzania zmian jest stosunkowo duża, a koszt jeszcze niewielki. Co najważniejsze, dostępne obecnie oprogramowanie umożliwia już na tym etapie zintegrowanie procesów technologicznych, usprawnienie sposobu ich realizacji, a docelowo osiągnięcie najwyższej jakości w projektowaniu procesów.
Drugi kluczowy obszar to produkcja. Obejmuje zazwyczaj odbiór zamówienia za pośrednictwem systemu ERP, a następnie jego wykonanie. Z punktu widzenia realizowanych procesów oznacza to planowanie i harmonogramowanie (plan & schedule), zarządzanie i produkcję (direct & operate) oraz monitorowanie i analizowanie (track & analyse) produkcji w trybie ciągłym. Wszystko to dzięki funkcji specjalistycznego oprogramowania obejmującej: planowanie i zarządzanie przebiegiem zadań, tworzenie modeli instalacji i procesów technologicznych, zarządzanie specyfikacjami materiałowymi (recepturami, formułami) produktów, zarządzanie zasobami, optymalizację produkcji oraz ścisłą współpracę z innymi aplikacjami. Zastosowanie oprogramowania optymalizującego procesy w tym obszarze zapewnia obniżenie kosztów operacyjnych oraz podniesienie poziomu jakości produktów i wydajności produkcji.
Trzeci element to zarządzanie łańcuchem dostaw. Planowanie sprzedaży i produkcji (sales and operations planning – S&OP) oraz podstawowe aplikacje optymalizacyjne umożliwiają zsynchronizowanie ograniczeń występujących po stronie dostaw (zaopatrzenia) materiałów z możliwościami pojawiającymi się po stronie popytu. Miarą skuteczności procesu S&OP jest zdolność do stworzenia wykonalnego, uwzględniającego wymagania i ograniczenia wszystkich zaangażowanych stron planu. Jego efektem jest schemat działań operacyjnych umożliwiający dostosowanie dostaw materiałów do popytu na poziomie zapewniającym rentowność realizowanego procesu produkcji. Narzędzia, takie jak zespołowe planowanie popytu, planowanie na poziomie taktycznym oraz harmonogramowanie procesów produkcji i dystrybucji umożliwiają stworzenie optymalnego planu operacyjnego, komunikowanie planu oraz monitorowanie postępów w jego realizacji.
Po osiągnięciu doskonałości we wszystkich trzech obszarach przed przedsiębiorstwami stoi jeszcze jedno poważne wyzwanie – dążenie do osiągnięcia doskonałości operacyjnej i ekonomicznej dzięki ich zintegrowaniu.
Wielu firmom cel ten w dalszym ciągu trudno zrealizować, nawet jeśli udało się im osiągnąć pewien poziom doskonałości w opisanych obszarach. Co prawda istnieje komunikacja między poszczególnymi etapami, ale zazwyczaj nieskoordynowana i najczęściej tylko doraźna.
Projektowanie procesów technologicznych a potrzeby produkcji i łańcucha dostaw
Znaczna część zadań w ramach projektowania procesów technologicznych jest związana ze wsparciem produkcji i łańcucha dostaw, Ich celem jest optymalizacja wykorzystania instalacji i usuwanie usterek. Zespoły zajmujące się projektowaniem procesów technologicznych, produkcją i planowaniem łańcucha dostaw, nie mają jednak takiej samej wiedzy na temat aktualnego stanu instalacji i możliwości jej udoskonalenia. W rezultacie wprowadzane zmiany są nieskoordynowane, a w niektórych przypadkach konkurują ze sobą.
Inżynier odpowiedzialny za projektowanie procesu technologicznego koncentruje się na jego zrozumieniu i przewidywaniu wydajności. Wiedza ta nie jest skutecznie przekazywana osobom zaangażowanym w kolejne etapy. Komunikacja ma często charakter doraźny i jest realizowana różnymi metodami, m.in. przez pocztę elektroniczną, arkusze kalkulacyjne Excel, modele czy rekomendacje przekazywane w formie opisowej. W efekcie możliwości optymalizacji nie są wykorzystywane.
Narzędzia dedykowane do tego rodzaju pracy wspomagają inżynierów projektantów w optymalizowaniu procesów technologicznych i dążeniu do efektywnego wykorzystania instalacji. Na przykład pakiet aspenONE oferowany przez firmę AspenTech zapewnia możliwość wielokrotnego wykorzystania modelu procesu realizowanego w danej instalacji do przeprowadzenia analizy wariantowej, wspomagania podejmowania decyzji i optymalizacji instalacji. Model procesu uwzględnia szczegółowe parametry danej instalacji i umożliwia użytkownikom oprogramowania wiarygodne przewidywanie jej funkcjonowania.
Narzędzie aspenONE Engineering zawiera Aspen Simulation Workbook, funkcję umożliwiającą korzystanie z popularnego programu Excel do analizowania scenariuszy wariantowych. Ponadto aspenONE Engineering dostarcza działające w czasie rzeczywistym funkcje wspomagania podejmowania decyzji i optymalizacji, w których modele procesów realizowanych przez daną instalację są wykorzystywane do wiarygodnego przewidywania jej wydajności.
Przykłady? Dow Chemical w ciągu dekady uzyskał korzyści przekraczające 700 mln USD dzięki wdrożeniu pracującego w czasie rzeczywistym narzędzia do optymalizacji w swoich instalacjach do produkcji olefin. BP podniósł o 7% produkcję w wyniku wdrożenia opartej na modelu optymalizacji instalacji w jednym ze swoich zakładów wydobywczych (upstream).
Oprogramowanie wspomagające projektowanie procesów technologicznych umożliwia wielokrotne wykorzystywanie podczas planowania produkcji informacji wynikających z modelu procesu. To zapewnia uwzględnienie wiarygodnych informacji na temat aktualnego stanu instalacji produkcyjnych oraz ułatwia dokładne przewidywanie potencjalnych możliwości optymalizacji procesu produkcji. Saudi Aramco wykorzystuje modele procesów tworzone za pomocą narzędzia Aspen HYSYS w połączeniu z modelami służącymi do planowania produkcji z systemu Aspen PIMS do optymalizacji instalacji poszukiwawczych i produkcyjnych. Stosuje w tym celu rozwiązanie zwane Zintegrowanym Modelem Produkcji Ropy i Gazu (Integrated Oil and Gas Model), które służy do bieżącej optymalizacji i planowania produkcji. Saudi Aramco zwiększył produkcję o 3-8% przy zmniejszeniu zużycia energii o 3-5% i skrócił o 50-70% czas poświęcany na planowanie produkcji.
Jest wiele przykładów udanych zastosowań zintegrowanych modeli procesów i planowania produkcji w przemyśle petrochemicznym. Cepsa uzyskała korzyści o wartości 20 tys. euro dziennie dzięki zastosowaniu narzędzia Aspen HYSYS Petroleum Refining w połączeniu z systemem Aspen PIMS. Inne czołowe firmy rafineryjne, takie jak Sinopec, British Petroleum i Saudi Aramco, uzyskują korzyści w wyniku zastosowania zintegrowanej metodologii opartej na wykorzystywaniu narzędzi służących do tworzenia modeli procesów.
Produkcja a potrzeby projektowania procesów technologicznych i planowania łańcucha dostaw
Optymalizacja pełnego procesu składa się z trzech głównych funkcji:
– Plan & Schedule (planowanie i harmonogramowanie) obejmuje planowanie produkcji w perspektywie krótkoterminowej, symulacje i modelowanie instalacji, obieg dokumentów w formie elektronicznej oraz planowanie wykorzystania ograniczonych zdolności produkcyjnych. Celem tych działań jest wskazanie, jakie produkty wytwarzać, kiedy oraz za pomocą jakich urządzeń.
– Direct & Operate (zarządzanie i produkcja) ma wyszukiwać nowe i lepsze sposoby sterowania urządzeniami do realizacji procesu technologicznego oraz eksploatacji instalacji. Ta część obejmuje centrum dyspozytorskie, przesyłanie instrukcji roboczych w formie elektronicznej, zarządzanie zasobami, zaawansowane monitorowanie i sterowanie za pomocą modeli oraz zarządzanie przebiegiem procesów etc.
– Track, Analyse, & Inform (monitorowanie, analizowanie i informowanie) gromadzi, zapisuje, organizuje oraz przekazuje dane, informacje i komunikaty alarmowe. Obejmuje gromadzenie danych, analizę efektywności, raportowanie na poziomie przedsiębiorstwa, śledzenie zamówień, przesyłanie wiadomości i śledzenie historii produktów.
Inżynierowie projektujący procesy technologiczne oraz planiści zajmujący się procesem produkcji tworzą i stosują modele zapewniające podejmowanie lepszych decyzji. Modele te nie są jednak doskonałe i brakuje im sprzężenia zwrotnego – przekazywania danych na temat rzeczywistego stanu instalacji. Inżynier zajmujący się produkcją musi zmierzyć się z realiami występującymi w obszarze produkcji i często niechętnie stosuje te modele, gdyż nie uwzględniają one rzeczywistej sytuacji.
W takim przypadku przydatne może okazać się oprogramowanie wspomagające proces produkcji, np. narzędzie aspenONE Manufacturing, które umożliwia wielokrotne wykorzystywanie informacji na temat procesu/instalacji do projektowania procesu technologicznego i planowania produkcji. Dzięki temu plan produkcji jest oparty na dokładnych informacjach na temat aktualnego stanu instalacji i ułatwia trafne przewidywanie możliwości optymalizacji produkcji. Prekursorzy tego typu rozwiązań zaczynają coraz lepiej integrować proces produkcji z projektowaniem procesów technologicznych i planowaniem łańcucha dostaw – tak, że dane z produkcji są wykorzystywane do „uczenia” i dostosowywania modeli w czasie rzeczywistym.
Integracja ma kluczowe znaczenie
Wnioski dla firm działających w szeroko pojętym przemyśle chemicznym są jasne. Optymalizacja projektowania procesów technologicznych, produkcji i łańcucha dostaw daje określone efekty, ale to właśnie integracja tych dziedzin zapewnia stosowanie lepszych narzędzi monitorujących, większe możliwości w zakresie przewidywania (symulacji) oraz większą efektywność produkcji. Kluczowe znaczenie ma wykorzystanie możliwości tworzenia modeli procesów.
Zasadniczą rolę pełnią funkcje przewidywania (symulacji). Przekazywanie informacji zwrotnych na temat rzeczywistej sytuacji w danym momencie jest ważne, ale to właśnie te firmy, które potrafią przewidywać wyniki określonych działań, są w stanie korygować swoje plany i docelowo zwiększą przewagę konkurencyjną. Poza tym, w wyniku zintegrowania modeli do projektowania procesów technologicznych z modelami do planowania produkcji, przedsiębiorstwa petrochemiczne i gazowe mogą korygować model planowania, aby zwiększyć jego dokładność, a w efekcie korzyści.
Ponadto – dzięki wykorzystywaniu rzeczywistych danych o wynikach produkcji (wydajności) w modelach do planowania – w instalacjach mogą być realizowane programy stałego usprawniania procesów produkcji. Proces ten bywa nazywany stałą optymalizacją produkcji. Do narzędzia planowania produkcji na bieżąco przekazywane są informacje na temat rzeczywistych jej wyników. Na ich podstawie firma może korygować plan produkcji. Dlatego oprogramowanie ma fundamentalne znaczenie dla zapewnienia jasnego obrazu sytuacji w obszarze produkcji i zintegrowania całego procesu. Na rynku jest wiele takich narzędzi, np. wspomniany wcześniej pakiet aspenONE.
Obecnie oprogramowanie służące do zarządzania produkcją odgrywa coraz ważniejszą rolę, ułatwiając pracownikom (inżynierom, menedżerom, handlowcom) rozwiązywanie problemów, zapewniając skrócenie czasu reakcji oraz bardziej skuteczne analizowanie procesu produkcji. Dlatego główną zaletą integracji tych obszarów jest całościowe podejście do systemu w celu zapewnienia jego stałej optymalizacji oraz dążenia do realizacji nadrzędnego celu – osiągnięcia doskonałości operacyjnej.
Autor: Piotr Milewski, Sales Account Executive, Europa Centralna i Wschodnia, AspenTech