Pomiar odbioru energii elektrycznej w czasie rzeczywistym jako nowe narzędzie do zarządzania procesami produkcji

Transkrypt

1

2 Pomiar odbioru energii elektrycznej w czasie rzeczywistym jako nowe narzędzie do zarządzania procesami produkcji Grzegorz Gutkowski Efekt Technologies Sp. z o.o. Większość procesów produkcyjnych składa się z różnorodnych maszyn zasilanych energią elektryczną. Przykładem są taśmociągi, elektroniczne wagi, silniki, grzałki, pompy, wtryskarki, obrabiarki, podnośniki, etc. Opomiarowanie zużycia energii elektrycznej przez te urządzenia w czasie rzeczywistym pozwala na monitoring ich działania w kontekście procesu produkcji. Integracja danych o zużyciu energii elektrycznej z danymi co zostało wyprodukowane przez te urządzenia lub ciąg produkcyjny, pozwala na obliczenie normatywu zużycia energii elektrycznej na jednostkę produktu. Taki normatyw pozwala na kontrole procesu produkcji w czasie rzeczywistym i jest nową jakością w zarządzaniu procesami produkcji. Rozdział I - Opomiarowanie procesów produkcji stan dzisiejszy Wiele zakładów przemysłowych zrobiło znaczne postępy w zarządzaniu procesami produkcji, szczególnie w kontekście zużycia energii elektrycznej. W dziedzinie zakupu i dostawy zakłady negocjują lepsze taryfy i warunki od głównych operatorów - wykorzystują uwolnienie rynku obrotu energia elektryczna. Niektóre zakłady formują grupy zakupowe co daje im większe rabaty od operatorów. Niemniej większość zakładów nie zna wewnętrznej struktury swojego zużycia energii elektrycznej, ani zbiorczo, ani w czasie rzeczywistym. Najpopularniejszą sytuacją jest obecność jednego licznika zbiorczego, który można odczytać wzrokowo, natomiast dane o poborze energii elektrycznej nie są magazynowane i jako takie są niemożliwe do analizy fluktuacji zużycia w czasie dnia. Wiadomo jest tylko ile jednostek energii zużyto do danego momentu. Dodatkowo niewiele zakładów zna parametry jakościowe kupowanej energii elektrycznej, a także stopnia obecności mocy biernej, która może negatywnie wpływać na jakość sieci wewnątrz zakładów. Nawet gdy moc bierna jest kompensowana, to jest to robione jednorazowo i nie zawsze monitorowe w czasie rzeczywistym. Wiele zakładów podejmuje próby opomiarowania kluczowych odbiorników energii elektrycznej, a także opomiarowania innych nośników kosztów takich jak zużycie mediów, odczyt wagowy, temperatury procesów itd. Nowe maszyny czy silniki dostarczane są z wbudowanymi licznikami i standardowymi protokółami komunikacyjnymi. Dodatkowo urządzenia sterujące mogą dostarczyć mnóstwo detalicznych danych specyficznych dla maszyn takich jak: wtryskarki, obrabiarki, frezarki, itd.

3 Jeśli zadamy pytanie: Czy macie Państwo opomiarowany swój proces produkcji? to najczęstszą odpowiedzią jest Tak. Natomiast jeśli zadamy pytanie: Czy proces produkcji jest opomiarowany w czasie rzeczywistym i dane zbierane z wielu maszyn są zintegrowane w jakiejkolwiek platformie i dostępne przez Internet? to odpowiedź, w większości przypadków jest Nie. Niemniej bez takiego opomiarowania i bez takiej integracji większość kierowników ruchu nie jest w stanie odpowiedzieć na podstawowe pytanie, na przykład: Ile i które z ich przykładowych 130 maszyn jest w tej chwili na biegu jałowym lub wyłączona planowo, wyłączona awaryjnie, pracująca, przeciążona, lub niedociążona?. Odpowiedź na takie pytanie można uzyskać dopiero po fizycznym obejściu wszystkich 130 maszyn co jest często niemożliwe lub niepraktyczne. Rozdział II - Kontekst biznesowy Całkowite koszty opomiarowania procesu produkcyjnego, do którego zaliczamy liczniki, sensory, komputery, ciągle maleją. Urządzenia te są silniejsze, mniejsze i tańsze na jednostkę funkcjonalności lub mocy. Jest to szczególnie widoczne w ciągłym spadku ceny za jednostkę mocy komputerów. Następną kategorią malejących kosztów jest software. Oprogramowanie open source nie wymaga opłat licencyjnych, natomist opłatę za biblioteki do analizy czy wizualizacji danych uiszcza się jednorazowo i są liczone w setkach złotych. To co 5-10 lat temu kosztowało miliony dolarów dziś osiągalne prawie za darmo. Trend ten dotyczy również przesyłu danych. Przepustowość sieci bezprzewodowych i ciągły spadek kosztu przesyłu na 1 GB danych umożliwia przesyłanie bardzo dużych wolumenów danych w czasie rzeczywistym bez konieczności okablowania. W tym samym czasie koszt pracy będzie się zwiększać. Wzrasta on już do tego stopnia, że nawet tradycyjnie obszary taniej siły roboczej w Chinach nie maja już tak wielkiej przewagi rynkowej jak parę lat temu. W USA coraz więcej wytwórni wraca z Chin ze względu na, m.in. rosnące koszty pracy w Państwie Środka. Surowce i energia będą tylko niosły za sobą zwyżkę kosztów. Regulacje klimatyczne i środowiskowe plus popyt przekraczający podaż zapewniają nieustanny wzrost tych kosztów. Podsumowując należy rozważyć bardziej precyzyjne opomiarowanie procesu produkcji, gdyż korzyści z opomiarowania w wielu przypadkach mogą przekroczyć koszt opomiarowania.

4 Rozdział III - Opomiarowanie i normatywy. Opisaliśmy wcześniej podstawowe korzyści z opomiarowania odbiorników w czasie rzeczywistym. Pozwala to na monitoring stanu maszyn, co samo w sobie dostarcza bardzo ważnej informacji dla kierownictwa utrzymania ruchu. Następną jakością jest zintegrowanie danych o poborze energii elektrycznej z liczbą jednostek wyprodukowanych przy użyciu tych maszyn. Dane o liczbie wyprodukowanych jednostek dostaniemy z ERP - Enterprise Resource Planning albo MES - Manufacturing Execution Systems. Taka integracja daje dwie podstawowe korzyści. Pierwsza ważna, gdy energia elektryczna jest dużym procentem kosztu produkcji. Daje to możliwość wyliczenia aktualnego kosztu energii elektrycznej jako procentu ogólnego kosztu. Bez opomiarowania takie szacunki robione są przez kontrolerów na podstawie nieprecyzyjnych ręcznych alokacji. Z takim opomiarowaniem aktualny koszt energii jest znany i może być wpisany automatycznie do ERP takich jak SAP, Lawson, Oracle Apps lub innych oraz doprowadzić do lepszych decyzji cenowych. Drugą korzyścią jest wyznaczenie normatywu zużycia energii na jednostkę wyprodukowanego asortymentu, który będzie użyty w czasie rzeczywistym podczas przyszłej produkcji tego samego asortymentu. Wiedząc, że normatyw zużycia jest x KWh/jednostkę, możemy go porównać z aktualnym zużyciem podczas produkcji tego samego asortymentu. Jeśli będziemy mierzyć zużycie energii elektrycznej w czasie rzeczywistym i będzie nam znana liczba jednostek wyprodukowanych, to już po paru wyprodukowanych sztukach będziemy mogli ocenić czy proces jest w normie jak również podjąć decyzję o ewentualnej interwencji w przypadku poważnych odchyleń. Jest to zupełnie nowa jakość w zarządzaniu procesami produkcji i prowadzi do oszczędności nie tylko energii elektrycznej ale także pracy i surowców. Znamy zakład w Polsce gdzie koszt surowców to 70%, pracy 7% a energii elektrycznej mniej niż 3%. W takim przypadku opomiarowanie doprowadziło do lepszej analizy wykorzystywania surowców i zmniejszenia braków w procesie produkcji, a nie miało wielkiego wpływu na zmniejszenie użycia samej energii elektrycznej. Rozdział IV - Platforma do zintegrowanego opomiarowania. Poniższy rysunek przedstawia przykładową instalacje platformy do zarządzania procesem produkcji w czasie rzeczywistym. Oprócz energii opomiarowano także prędkość przesuwu taśmy, ilość i temperaturę wody do chłodzenia, wagowy pomiar składników oraz fizyczną charakterystykę produktu końcowego. W tym przypadku normatywem może być kombinacja tych pomiarów, które prowadzą do jeszcze bardziej precyzyjnego systemu wczesnego ostrzegania, a także pozwala na optymalizację produkcji na podstawie bardzo bogatych danych

5 historycznych. Dodatkową informacją mogłyby być też ilości odpadów, liczba zwrotów czy reklamacji, a także informacja o kosztach pracy. Rozdział V - Gotowość do zarządzania procesami w czasie rzeczywistym Wspólnie z Katedrą Metrologii Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie opracowaliśmy obiektywny sposób na określenie stopnia gotowości danego zakładu przemysłowego do zarządzania procesem produkcji w czasie rzeczywistym. Na poniżej przedstawionym kontinuum oceniacie się Państwo w skali od 0-10 i wyznaczacie Wskaźnik Efektywności Energetycznej. Na następnej stronie zamieszczony jest kwestionariusz do wypełnienia. Rezultaty tego kwestionariusza pozwalają na ocenę i wewnętrzna komunikacje stanu

6 wyjściowego, a także na obiektywną identyfikację i priorytetyzację etapów wdrożenia. Ponowne wypełnienie tego samego kwestionariusza po wdrożeniu projektu pozwala na pomiar postępu oraz może być podstawą do wewnętrznego lub zewnętrznego prowadzenia badań porównawczych. Poniżej kwestionariusz do wypełnienia. Może on być wypełniony online jak również może być podstawą do analiz porównawczych.