Привет! Меня зовут Грановский Олег, я эксперт по внедрению таких систем автоматизации, как АРС и МПА (описание инструментов на рис.1 и ниже). Раннее на habr уже говорили о таких инструментах, как АРС и RTO (1, 2). Эта статья является продолжением серии обсуждения цифровых систем автоматизации производственных процессов и раскрывает их место в концепции «цифрового завода». Мы постараемся разобраться в одном из его элементов – МПА (Модульная Процедурная Автоматизация).
«Цифровой завод» будущего: недостижимая мечта или амбициозная инженерная задача?
Концепция «цифрового завода»
Итак, что же такое «цифровой завод» будущего? Идея заключается в объединении физических и цифровых сфер производства, и создании такого каскада систем автоматизации управления, и принятия решений, и уровня надёжности его элементов, который обеспечивает возможность работы завода в автоматическом режиме.
Кажется, уже привычно, что мы живем в быстро меняющихся условиях и для сохранения конкурентоспособности и лояльности клиентов промышленность сталкивается с серьёзными вызовами, которые заставляют компании усердно работать в таких областях как:
Повышение производительности труда,
Сокращение операционных затрат,
Обеспечение стабильности и повторяемости качества продукции,
Гибкость марочного колеса (способность быстро и с минимальными потерями переключаться между марками производимой продукции),
Анализ производственных данных и принятие решений на основе статистических данных (в т.ч. BI)
Осознавая необходимость быстрых и глубоких улучшений, предприятия инвестируют в современные технологии автоматизации и цифровизации, в т.ч. такие как АСУТП, АРС, МПА, RTO. Автоматизируя повторяющиеся задачи, традиционно выполняемые людьми, удаётся:
Повысить операционную эффективность, снизить риски ошибок и обеспечить стабильное качество продукции, что соответствует концепции "цифрового завода".
В свою очередь высвобождаемые ресурсы вовлекать в задачи развития, в т.ч. алгоритмов автоматизации (надежное повышение производительности труда).
Таким образом внедрение автоматизации отражает стратегическое стремление оставаться в передних рядах достижений отрасли, позволяя более гибко и качественно удовлетворять потребности клиентов, сохраняя при этом акцент на экономической эффективности и инновациях.
В дополнение к вопросам развития добавляется поддержание надёжности. О чём я – согласно разным источникам и исследованиям, основной причиной незапланированных простоев является человеческая ошибка (хотя про надёжность оборудования тоже не стоит забывать), например, J&H Marsh и McLennan (2021 г.).
И концепция цифрового завода, направлена на снижение вероятности подобных инцидентов, что повышает вес элементов автоматизации в обеспечении выживания заводов, в текущих условиях.
Архитектурно концепция цифрового завода выглядит следующим образом:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/5ff/61d/e12/5ff61de12663a41a35ec2ffe1c206d14.png)
Физический уровень, управляющий производством, представлен слоями:
Технологический процесс и оборудование
Нижний уровень АСУТП (базовое регулирование и КИП)
Логический уровень, управляющий производством, представлен слоями:
№ п.п. | Система | Назначение |
1 | Распределенная Система Управления (верхний уровень АСУТП) | Базовое регулирование и противоаварийная защита (ПАЗ). |
2 | Advanced Process Control (системы усовершенствованного управления технологическим процессом) | Автоматизация оперативного управления непрерывными процессами (газоразделение, пиролиз, непрерывная полимеризация и т.д.) |
3 | Modular Procedural Automation (модульная процедурная автоматизация) | Автоматизация оперативного управления дискретными процессами (пуски и остановы, марочные переходы, отработка резких возмущений и т.д.) |
4 | Real-Time Optimization (оптимизация в реальном времени на основе высокоточных моделей) | Расчёт и смена производственных заданий, с учетом: 1. Экономической составляющей, 2. Производственных ограничений, 3.Технологических расчетов (строгая математическая модель) |
Логический уровень, управляющий планированием, представлен:
Manufacturing Execution Systems (система управления производственными процессами)
Enterprise Resource Planning (система планирования ресурсов предприятия)
Что такое Модульная Процедурная Автоматизация?
МПА — это программная платформа, которая в интуитивно понятном интерфейсе разбивает сложные процессы на маленькие подзадачи и алгоритмизирует каждую из них. Затем эти задачи организуются в блоки, которые можно легко связать вместе для создания завершенной процедуры. Такой модульный подход упрощает создание и изменение процедур. Это позволяет гибко реагировать на изменение внешних условий.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c71/6c5/867/c716c58673e7037641d2c7f6f5782c4e.png)
Использование МПА снижает вероятность и частоту человеческих ошибок на заводе. Автоматизируя и интегрируя “лучшие практики” опытных операторов и знания технологических процессов в алгоритмы МПА, можно сократить количество ошибок, осуществляя автоматически последовательности действий, которые делает пультовый оператор.
Также МПА автоматизирует ручные-регламентированные процедуры, что освобождает операторов от рутинных задач для более сложных и нестандартных операций. Кроме того, МПА использует передовые методы контроля соблюдения процедур, что приводит к повышению запаса прочности, энергоэффективности, производительности процессов и качества продукции. МПА также стандартизирует процедуры на предприятии, что упрощает понимание и выполнение последних. Это сокращает время и издержки, необходимые для выполнения процедур.
Преимущества МПА
С описанием инструмента МПА разобрались. Теперь поговорим о материальных и нематериальных выгодах использования, которые достигаются благодаря внедрению МПА, в т.ч. в связке с АРС. Для начала введём классификацию выгод на "HARD" (с четко прослеживаемой материальной составляющей) и "SOFT" (нематериальные или трудно оцифровываемые эффекты).
HARD эффекты
Контроль качества:
МПА может помочь гарантировать соответствие продукции стандартам качества, за счёт контроля основных параметров производства, таких как температура, давление, расход, качество продукции и т.д. Инструмент позволяет добиться снижения потери качества на 15-20%
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/7bc/0b6/369/7bc0b63695bd63972bf5c61b9c7def7c.png)
Снижение операционных затрат:
МПА может помочь снизить эксплуатационные расходы за счет сокращения времени останова (~10%), повышения эффективности и обеспечения соответствия требованиям.
Повышенный контроль качества:
МПА гарантирует соответствие продукции стандартам качества путем мониторинга параметров в режиме реального времени и оперативного управления при отклонен от границ. Таким образом инструмент способен снизить нарушение норм технологического режима до 50%, также снизить на 15-20% образование продукции несоответствующего качества.
Уменьшение расходов:
Соблюдение регламентных скоростей снижения и набора температур позволит повысить ресурс оборудования и снизит перерасход ресурсов.
Снижение потерь
МПА снижает риски человеческого фактора и вызванные ими потери производительности на самых ответственных и информационно нагруженных стадиях процесса (пуск и останов, нагрузка и разгрузка установки, марочный переход и т.д.)
SOFT эффекты
Повышенная безопасность:
МПА помогает предотвращать несчастные случаи за счет расширенной диагностики регуляторов и клапанов, отслеживая режим работы, отклонения от установок, анализируя ситуации предаварийных отключений.
Снижение нагрузки оператора:
МПА автоматизирует повторяющиеся задачи, позволяя операторам сосредоточиться на нестандартных задачах (например, профилактической работе, подачи предложений развития и т.д.), снижая количество операторских воздействий на 20-27%.
Устранение неполадок:
МПА может помочь операторам быстро и устранять проблемы, предоставляя доступ к данным в режиме реального времени.
Соответствие требованиям:
МПА может помочь нефтеперерабатывающим заводам соблюдать нормы охраны окружающей среды и техники безопасности, отслеживая и управляя параметрами технологического режима.
Стандартизация порядка выполнения процедур:
Стандартизация последовательности выполнения процедур среди смен оперативного персонала повышает уровень безопасности и прогнозируемости при эксплуатации технологического объекта.
Типовые сценарии применения МПА
Теперь поговорим о том, какие задачи МПА решает на нефтеперерабатывающем заводе:
Пуски и остановы:
Уменьшает время останова завода, повышая среднее время работы в году.
Марочные переходы:
Оптимизирует процессы перехода с марки на марку. За счет этого, марочные переходы занимают меньше времени, и растёт производительность по целевому продукту.
Переходные процессы:
Автоматизирует процессы перехода от одного сырья к другому и переключения оборудования.
Отработка резких возмущений:
Помогает бороться с возможными негативными эффектами, с которыми приходится сталкиваться при переходе между разным сырьем и катализаторами (ввиду разницы в составе) и изменением нагрузки на предприятии.
Автоматизация перегонки сырья:
Автоматизирует процесс перегонки, гарантируя получение желаемых продуктов в нужных количествах и с желаемыми свойствами.
Управление установками крекинга:
Автоматизирует управление установками крекинга, которые используются для расщепления тяжелых углеводородов на легкие виды топлива. Это помогает максимизировать выход целевых продуктов.
Управление факельными системами:
Автоматизирует управление факельными системами, которые используются для сжигания избыточного газа. Это помогает лучше контролировать и управлять выбросами.
Практика внедрения МПА в России
Теперь настало время перейти от теории к практике и сказать пару слов про примеры! В России уже есть положительный опыт по внедрению МПА:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/837/944/381/8379443819f1b70d6b300b7a2f08e7a4.png)
Последний пример из таблицы – это совместный проект Российского разработчика программного обеспечения «Т-Софт» и команды инженеров СИБУР (Казаньоргсинтез). Цель этого проекта повысить эффективность на производственной цепочке Поликарбонатов за счёт внедрения решений АРС и МПА. Разработанные решения представляют собой 100% российский продукт, входящий реестр российского ПО (Минцифры). Это особенно ценно ввиду ухода сторонних компаний-вендоров с российского рынка.
В этом проекте команда видит целевой эффект от внедрения МПА в снижении потребления энергоресурсов не менее чем на 1%, а также в повышении выхода по ряду нефтехимических продуктов. Благодаря этому, уже с 2024 года «Казаньоргсинтез» начнет получать экономический эффект >100 миллионов рублей в год.
Несмотря на сложности, вызванные внешними условиями, СИБУР реализует больше количество проектов цифровой трансформации и оптимизации процессов. Ожидаемый эффект от цифровой трансформации только внутри СИБУР составляет 59 млрд рублей на горизонте 3 лет. Системы поддержки принятия решений, модульная процедурная автоматизация (МПА), системы усовершенствованного управления технологическим процессом (АРС), системы онлайн-оптимизации (RTO), интеллектуальное видеонаблюдение и другие продукты для повышения эффективности предприятия являются источниками этих эффектов.
На этом примере наглядно видно, что уход зарубежных компаний подтолкнул развитие российских продуктов в области продвинутой автоматизации. Работа над проектом на Казаньоргсинтезе стала толчком для развития Российского ПО. Благодаря этому проекту удалось существенно усовершенствовать и дополнить программное обеспечение, которое теперь не уступает по функционалу зарубежным решениям и позволяет реализовывать проекты автоматизации предприятий различной сложности.
Выводы
Итак, в этой статье я постарался ответить на вопрос, что же такое «цифровой завод» и связать воедино набор инструментов в области автоматизации и статей по ним.
Ознакомились с одним из его элементов – МПА – и разобрались в нем настолько, что можем уже сделать некоторые выводы:
МПА - это быстро развивающаяся технология, и в ближайшие годы ее использование на нефтеперерабатывающих заводах, вероятно, будет расширяться.
Инструмент МПА способен работать и окупаться автономно, но больший эффект возможно достигать в связке с другими элементами цифрового завода (АСУТП, АРС, RTO).
По мере того, как система МПА развивается, она сможет решать более сложные задачами, будет глубже интегрирована с другими системами газонефтепереработки, способствуя достижению образа «цифрового завода». Это приведет к еще большему росту безопасности, эффективности и контролю качества.
Спасибо за внимание!