Prawdopodobieństwo skutecznego wdrażania projektów sterowania procesami wsadowymi jest znacznie większe, gdy zostanie wykonana dokładna dokumentacja FEED oraz gdy w procesie wdrożenia zostanie rozpatrzonych kilka kwestii.
Wdrożenie procesu wsadowego (wg normy ANSI/ISA-88) jest odpowiednie dla wielu typów procesów technologicznych w różnych gałęziach przemysłu. Jeżeli proces wsadowy jest odpowiedni do wdrożenia w danym projekcie, to na etapach jego planowania pojawia się wiele różnych opcji wyboru i decyzji do podjęcia, które mogą radykalnie zmienić złożoność, koszty oraz końcową użyteczność wdrożenia tego projektu. Tak jak i w innych projektach, prawdopodobieństwo skutecznego wdrożenia projektów sterowania procesami wsadowymi jest znacznie większe, gdy zostanie wykonana dokładna dokumentacja FEED (ang. front end engineering design, projekt podstawowy, dokumentacja inwestorska). Jest kilka kwestii kluczowych, które powinny zostać rozpatrzone w dokumentacji FEED podczas opracowywania projektu.
Model fizyczny – opisuje proces oraz sprzęt użyty do jego realizacji
Norma ANSI/ISA-88 zawiera wytyczne dla reprezentowania i modelowania zasobów fizycznych i funkcji operacyjnych systemu przy wykorzystaniu reprezentacji hierarchicznej. Na podstawie złożoności procesów technologicznych mogą być definiowane wielkości przedsiębiorstw, zakładów produkcyjnych oraz ich powierzchnie. Wszystkie wdrożenia będą zawierały komórki procesu (ang. process cell), jednostki (ang. unit), moduły sprzętowe (ang. equipment module) i moduły sterujące (ang. control module).
Zdefiniowanie jednostek i sprzętu stanowi największe wyzwanie przy tego typu zadaniach. Ceny wielu dostępnych w handlu programów do obsługi sterowania procesami wsadowymi (ang. batch engine) zależą od ilości zawartych w nich jednostek, tak więc minimalizowanie tej liczby może być jednym z celów projektanta. Jednostki są często związane z fizycznie istniejącymi zbiornikami, reaktorami, lub innymi obiektami czy lokalizacjami, w których przetwarzane są produkty. Moduły sprzętowe są często przywiązane do systemów, które realizują procesy przetwarzania produktów.
Fazy sprzętowe są kluczowymi blokami do budowy modelu procesu. Definiują one sposób wytwarzania produktu za pomocą istniejącego fizycznie sprzętu. Niektóre z wdrożeń przetwarzania wsadowego są jednostkowo-centryczne (unit-centric), fazy sprzętowe zdefiniowano tam na jednostkach. Inne wdrożenia przetwarzania wsadowego są z kolei sprzętowo-modułowo-centryczne (equipment module-centric), fazy sprzętowe zdefiniowano tam na modułach sprzętowych. Decyzja, która z tych dwóch opcji będzie najlepiej działać w danym procesie technologicznym jest kluczowym wnioskiem podanym w dokumentacji FEED. Istnieje kilka wdrożeń, w których wykorzystano obydwa podejścia, jednak są one stosunkowo mało popularne.
Model receptury – opisuje sposób wykorzystania modelu fizycznego do wytwarzania produktu
Receptury opisują sposób wytwarzania produktu oraz materiały, z jakich będzie on wytwarzany. Podobnie jak w przypadku modelu fizycznego, wykorzystana jest tu struktura hierarchiczna, zamieniająca receptury na procedury, procedury jednostkowe, operacje i fazy recepturowe. Procedurami są typy receptur, które mogą obejmować wiele jednostek i modułów sprzętowych. Mają one tendencję do utrzymywania kompletnej metodologii wytwarzania produktu. Fazy recepturowe są przywiązane bezpośrednio do faz sprzętowych, zarówno gdy są one zdefiniowane na jednostkach, jak i modułach sprzętowych. Procedura jednostkowa i poziomy operacyjne w tej hierarchii mogą być wykorzystane dowolnie do potrzeb organizacyjnych procesu.
Receptury składają się z sekwencji zadań do wykonania oraz parametrów danych opisujących ilości materiałów i nastawy regulatorów, wymagane przez realizowane zadania. Kluczową cechą receptur jest ich skalowalność. Niektóre parametry, takie jak ilości surowców, mogą być skalowane liniowo z wielkością wsadu, podczas gdy inne, takie jak nastawy regulatorów ciśnienia, mogą pozostać ustalone. Nieliniowe zależności pomiędzy wielkością a parametrami wsadu, takie jak profil pH, mogą wymagać specyficznej platformy programowej lub opracowania dostosowanego do danego zadania.
W większości organizacji istnieje pewien osobny system, który utrzymuje formuły produktu oraz instrukcje produkcyjne. Proces FEED powinien oszacować, jak istniejące formuły mogą być przełożone z bieżącego trybu śledzenia na wsadowy model receptury, zarówno przy odbiorze technicznym jak i kontynuowaniu operacji.
Ponieważ receptury są modyfikowane wraz z upływem czasu, kluczową sprawą jest metodologia zarządzania zmianami. Zakład powinien posiadać automatyczną metodę śledzenia edycji, umożliwiającą przywracanie poprzednich wersji oraz kontrolowanie dostępu do edycji receptur.
Kluczowa cecha – możliwość ponownego użytku
Unikalne jednostki, moduły sprzętowe, fazy sprzętowe oraz receptury, powinny być tworzone dla każdego poszczególnego komponentu procesu, ale byłoby to zwykłą stratą czasu i zasobów. Planowanie wydajności, poprzez wdrożenie ponownego użytku i replikacji, powinno być komponentem procesu FEED. Obiekty modeli fizycznych mogą być zorganizowane jak klasy obiektów, które współdzielą atrybuty. Mogą być zaprojektowane klasy jednostek i klasy faz sprzętowych, co pozwoli na bardzo szybką replikację podobnych obiektów, zaś zmiany w definicjach klas mogą być łatwo rozprzestrzenione na wszystkich członków danej klasy.
Receptury mają budowę modułową i tworzy się je z mniejszych bloków konstrukcyjnych. Kilkadziesiąt unikalnych faz recepturowych można by zorganizować w miliony oddzielnych receptur. Zmiany w dowolnym obiekcie recepturowym mogą rozprzestrzeniać się na wszystkie receptury wyższego poziomu, które czynią użytek ze zmienionego obiektu.
Zbieranie i raportowanie danych w sterowaniu procesami wsadowymi
Wszystkie komercyjne programy do obsługi sterowania procesami wsadowymi zapisują swoje aktywności, niektóre w postaci prostych plików tekstowych, inne zaś w relacyjnych bazach danych. Zapisy te mają wartość dla siebie samych, ale w połączeniu z innymi zasobami danych firmowych zaczynają one tworzyć prawdziwą „inteligencję” biznesową. Integrowanie zapisów dotyczących procesu wsadowego z danymi dotyczącymi procesu technologicznego i pracy sprzętu, alarmów i planowania zasobów przedsiębiorstwa (enterprice resource planning, ERP) powinno być częścią procesu ewaluacji w dokumentacji FEED.
Złożoność procesów wsadowych
Niezależnie od tego, czy jest on nazywany badaniami FEED, projektem wstępnym, czy czymś innym, sukces projektu procesu wsadowego zależy od planowania i decyzji podjętych podczas projektowania wstępnego. Wiele projektów procesów wsadowych zawodzi, ponieważ ich twórcy przeskakują do fazy projektowania głównego, a później uświadamiają sobie, że wybrana platforma nie spełnia ich wszystkich potrzeb. W efekcie niejednokrotnie mogą oni być zmuszeni do powrotu do deski kreślarskiej, ponieważ okazuje się, że jakaś decyzja dotycząca modelu fizycznego ogranicza prędkość produkcji lub wpływa negatywnie na elastyczność produktu. Staranne oszacowanie wszystkich potrzeb projektu, w parze ze wszystkimi możliwościami oprogramowania i sprzętu, które mają spełnić te wymagania, w dużym stopniu zwiększa szansę odniesienia sukcesu przez projekt.
Tekst autorstwa Roberta Hendersona, który jest głównym inżynierem w Maverick Technologies, wiodącej firmie z branży automatyki. Jest ona dostawcą usług z zakresu automatyki przemysłowej, strategii produkcji oraz integracji przedsiębiorstw dla przemysłu przetwórczego. Firma Maverick oferuje usługi ekspertów i konsultingowe w wielu obszarach, w tym automatyce i sterowaniu w przemyśle, rozproszonych systemach sterowania, systemach realizacji produkcji, strategii operacyjnej, oraz optymalizacji procesów biznesowych.