"Bransjen har praktisert digitalisering i lang tid, og nylige endringer har gjort disse applikasjonene kraftigere, smidigere, bærbare, intelligente og autonome. Endringen i KPI er inkrementell. Den er inkrementell på grunn av det iboende ansvaret knyttet til driften av et industrianlegg." sier Sergio Fernandes, leder for kjemiske markeder, Yokogawa Electric Corporation, USA. Når det er sagt, har CPI-selskaper med suksess implementert digitale teknologier i stor skala, delvis drevet av skiftet fra programvare som kjører på brukernes bærbare datamaskiner til høyytelsesapplikasjoner og verktøy som nå kan nås fra praktisk talt hvor som helst.
"Cloud computing reduserer ikke bare CAPEX-budsjettene, men letter også tilgjengeligheten av prosessmodeller, enten steady-state eller dynamiske, uavhengig av hvor sluttbrukeren befinner seg," forklarer Fernandes. Han advarer imidlertid mot å bare anta at digitale anleggsmodeller (uansett hvor avanserte de er) vil være helt nøyaktige når det gjelder varighet. "Industrielle prosesser er som levende enheter; de endrer seg over tid. Enhver matematisk representasjon, for eksempel en digital tvilling, vil måtte tilpasses og må oppdateres gjennom en eller annen mekanisme. Utover det vil de til slutt bli forkastet. Eiendeler trenger oppmerksomhet; de krever budsjetter for å opprettholde sin bærekraft." la han til. Når vi ser fremover, etter hvert som flere og flere autonome operasjoner dukker opp, betyr det presserende behovet for sikkerhet og bærekraft at en smart balanse må finne sted når menneskelige ressurser distribueres sammen med digitale eiendeler. «Farlige feltoperasjoner, repeterende handlinger, rutinemessige aktiviteter, unødvendige turer i felten for å samle inn data og inspeksjoner i farlige områder kan håndteres intelligent med nåværende og kommende teknologier,» sa Fernandes, og la til at å vurdere banebrytende digitale teknologier som nøkkelelementer kan muliggjøre en arkitektur som kan inspirere til mer menneskelig innovasjon. "Dette betyr kontinuerlig forbedring av driften, påvente av neste forstyrrelse og optimalisering av hele verdikjeden." Eiendeler trenger oppmerksomhet; de krever budsjetter for å opprettholde deres bærekraft." la han til.
Bare å utvikle en programvaremodell som etterligner en prosess eller eiendel er ikke nok til å virkelig utnytte digitalisering, gjentok Rajesh Ramachandran, digital sjef, ABB Industrial Automation). . «Trenden nå går mot industrielle AI-tvillinger for digitale fabrikker. Han ser på hvordan man kan forutsi og optimalisere et sett med resultater for et spesifikt prosessscenario,{2} parametere." Ramachandran understreker at ren kunstig intelligens ikke kan brukes «som den er» i industrielle miljøer, og at tilsvarende domeneekspertise er avgjørende for å fange opp kompleksiteten til CPI-operasjoner, som kvalitetsspesifikasjonene til sluttproduktet eller tilstedeværelsen av urenheter i råvarer. ekspertise, som kulminerte i en kognitiv modell bygget gjennom ABB Ability Genix-programvareplattformen. "Genix bygger det vi kaller en kognitiv modell som er basert på data fra forskjellige systemer som vedlikehold, instrumentering og laboratorier. Dette betyr at den hjelper til med å gjøre mer nøyaktige optimaliseringsforutsigelser." Ramachandran la til. Han siterer bransjestudier som viser at et anlegg i gjennomsnitt bare bruker omtrent 27 prosent av produksjonsdataene sine, mens ingeniører kan bruke så mye som 80 prosent av tiden sin på å samle data, spådde han at avanserte programvareplattformer vil bidra til å dempe disse ubalansene. . Han sier: «Vi adresserer fundamentalt områder der vi trenger å låse opp verdien i ubrukt produktdata og også for industriell bruk i stor skala, og også for industriell bruk. forenkle data integrering."
Intelligente plattformer
Det er ingen tvil om at industrielle programvareplattformer har blitt kraftigere de siste årene ettersom flere selskaper tar i bruk industriell AI og maskinlæring (ML). "Hos CPI blir denne typen teknologier integrert overalt fra ressursovervåking til AI-drevne droner enn det som kan inspisere fakkeltårn," forklarer Michael Tworzydlo, produktsjef for analyse og maskinlæring ved Emerson (St. Louis, Missouri; ). Men Tworzydlo advarer mot å over-hype verdien av disse løsningene uten å måtte erkjenne viktigheten av de underliggende ingeniørprinsippene. "Som kjemiingeniør er det grunnleggende om analyse det beste stedet å starte, og begynner med en prinsippbasert-analyse, for eksempel en basert på hvordan en varmeveksler fungerer. Organisasjonen kan deretter utvikle seg til en datadrevet-tilnærming ved å bruke AI eller ML for å håndtere mer komplekse prosesser eller anleggs-omfattende problemer." legger han til.
"AI tilbyr kraftige muligheter for CPI, men noen selskaper sliter med å bruke det effektivt på produksjonsutfordringer," forklarer Paige Morse, direktør for kjemisk industri i Aspen Technology, Inc.
Som svar har AspenTech begynt å bygge inn AI i programvareplattformen sin, noe som gjør den mer tilgjengelig for et bredere spekter av brukere. Morse bemerker at kombinasjonen av første-prinsipper med AI og domeneekspertise kan hjelpe brukere med å finne løsninger på komplekse problemer som må løses i CPI. AspenTechs hybridmodelleringstilnærming bidrar ikke bare til å skape myke prosesser, men også til å optimalisere soft engine-prosesser. nye enheter og integrer-omfattende prosesser. "Ingeniører kan nå bruke ML til å bygge rike modeller raskere for å utnytte simulerings- eller anleggsdata, og legge til domeneekspertise, ingeniørprinsipper og designbegrensninger uten dyp prosess- eller AI-ekspertise." sa Morse. Med mange CPI-selskaper som står overfor legitime kompetansehull.
I tillegg til å overvinne arbeidskløfter, er bærekraftsinitiativer et annet område hvor KPI-selskaper i økende grad konsentrerer innsatsen. "Kostnadsbesparelser har drevet mye av digitaliseringsinnsatsen, men bedrifter fokuserer i økende grad på avfall og utslipp fra produksjonsenheter, samt effektivitets- og pålitelighetsforbedringer," sier Morse. Hun la til: "Prosesssimulering hjelper til med å utvikle nye produkter for å møte de tekniske utfordringene i den sirkulære økonomien, som molekylær resirkulering og ny plastdesign, og med hjelp av AI er denne aktiviteten enda raskere."
Denne prediktive evnen er stadig mer verdifull for å oppnå spesifikke bærekraftsmål, som å redusere luftforurensning gjennom prediktive utslippsovervåkingssystemer (PEMS), en funksjon av Emersons Plantweb Optics Analytics-plattform, som distribuerer ML- og AI-kontrollsystemer gjennom digitale tvillinger og distribuert distribusjon. "Som en del av Plantweb Optics Analytics kan vi implementere PEMS for å overvåke og estimere utslipp ved hjelp av modeller og ML for å dynamisk optimalisere produksjonen. Med PEMS kan vi bygge modeller basert på prosessvariabler som er fanget opp og bruke dem til å estimere og til slutt redusere utslippene." Tworzydlo sa.
Programvarens forpliktelse til en bærekraftsstrategi går utover utslippsreduksjoner. "Oppveksten av bærekraftige produkter og teknologier som gjenbruker eller resirkulerer avfall er et vekstområde for prosesssimuleringsindustrien, og presenterer nye problemer og nye muligheter. Nylige vekstområder inkluderer prosesssimulering av hampderivater (f.eks. CBD) og forbedrede kontroller for å redusere utslipp fra fornybare energikilder. Mer etablerte vekstområder for den kjemiske industrien inkluderer biodrivstoff, utvinning av metansolvent, CO2." sier David Hill, teknisk støttesjef ved Chemstations Inc. (Houston, TX).
Hill mener at utsiktene for prosessimulatorer kan forbedres ytterligere ved å lage produktallianser med tilleggsverktøy i CPI. Ingeniører som ikke bruker prosesssimulatorer har ofte verktøy som kan forbedres ved å koble til en prosesssimulator. Innen sikkerhet, prosesskontroll og energisektorene er det mange muligheter til å kombinere industri-spesifikke verktøy med de første prinsippene for prosesssimulatorer." Hill forklarer. Hill mener driverne for dette skiftet vil inkludere klimagassreduksjon, energieffektivitet, optimalisering basert på termodynamiske modeller, forbedret sikkerhet og muligheter for avansert prosesskontroll ved bruk av streng simulering.
Utvidet virkelighet
I tillegg til AI og ML, øker også programvareplattformene for utvidet virkelighet (AR) og virtuell virkelighet (VR) i industrianlegg-og ser ikke lenger på denne typen teknologi som en "luksus"-vare, mer nyttig enn noen gang før på grunn av den økende etterspørselen etter fjernarbeid under pandemier. Med færre mennesker i planter på grunn av pandemier, omfavner planter ny teknologi. ar kan overlegge digital informasjon til den virkelige verden, noe som hjelper med å utruste arbeidere bedre til å utføre oppgaver mer nøyaktig og med større letthet." sa Emersons Tworzydlo. Når det gjelder fremtiden til AI, ML og AR i industriell programvare, vil brukstilfellene helt sikkert fortsette å utvide seg. "Det er fortsatt en enorm mengde uutnyttet potensial. Etter hvert vil vi begynne å målrette bestemte prosesser for autonome operasjoner.
Aveva Group plc (Cambridge, Storbritannia;) har samlet AR- og VR-konsepter i sin Extended Reality (XR)-plattform, og en spesielt relevant applikasjon er opplæring av personell. " XR-opplæringssystemet lar bedrifter fange opp og beholde driftskunnskap når de erstatter pensjonerende erfarne operatører, noe som er avgjørende for anleggets sikkerhet og ytelse. Denne atferdsopplæringen kan brukes ikke bare for operatører i frontlinjen, men også til ingeniører, teknikere og beredskapspersonell." Ravi Gopinath, Avevas Chief Cloud Officer og Chief Product Officer, forklarer.
I ett eksempel fokuserer et operatøropplæringsprogram utviklet av Aveva og Shell (Haag, Nederland;) på atferdstrening for å forbedre sikkerhetskompetanser. Gopinath sier: "Med denne atferdsmessige tilnærmingen kan en operatør trenes og evalueres på hvordan han eller hun presterer når han står overfor en tilfeldig eller episodisk situasjon i anlegget. " I et annet prosjekt opprettet Aveva og Adnoc; sanntidsdatavisualiseringssenter som samler mer enn 120 dashbord og 200 000 datapunkter på en gigantisk interaktiv skjerm.
Trening er bare en del av XRs potensial. AR-nettbrettbaserte-applikasjoner har blitt brukt for å støtte feltpersonalet. Bruk av AR til å koble VR-modeller på nettbrettene med sanntidsinformasjon og veiledede prosesser gir bedre utførelse av arbeidet, og unngår dermed kostbare sammenbrudd og reduserer nedetiden. Når vi ser fremover, tror Aveva at XR-programvare kan forbedre anleggsdesign og kapitalprosjektering dramatisk ved å automatisere importen av tradisjonelle 3D-anleggsmodeller brukt under designfasen til et oppslukende miljø. Konverteringen til VR vil tillate deg å vurdere og forbedre ergonomisk design selv før du kjøper noe utstyr. Virtuelle fabrikker kan eksistere utelukkende i skyen, noe som tillater samarbeid mellom ingeniører lokalisert i forskjellige
kontorer eller til og med på forskjellige kontinenter.
Med utviklingen av datafangst- og analysefunksjoner i programvareplattformer, har kraftige analytiske verktøy blitt selv-selvbetjente, skalerbare beslutnings-verktøy for kjemiingeniører, som kan bygge sin egen funksjonalitet inn i dem for å møte spesifikke prosessbehov. med slike demokratiserte verktøy kan ingeniører utnytte data fra forskjellige kilder - for eksempel batchkvalitet osv.. - for å forbedre kvaliteten på prosessene deres, sier Edwin van Dijk, visepresident for markedsføring i TrendMiner NV. data fra forskjellige kilder-for eksempel kan laboratorieinformasjon som batchkvalitet kobles til prosessdata med vedlikeholdsdata. ). "Målet med å demokratisere analyse er å gjøre handlingskraftig innsikt tilgjengelig for alle operatører, fra kontrollrommet til styrerommet, for å ta data-drevne beslutninger. Ved å la brukere lage sine egne instrumentbord basert på fingeravtrykk, monitorer og kontekstuelle visninger, går dette utover tradisjonelle instrumentbordverktøy." Van Dijk legger til. Med mønstergjenkjenning kan ingeniører undersøke operasjonell ytelse og bruke god operasjonell oppførsel for prosessovervåking. I tillegg kan de lage sine egne «myke» sensorer for å overvåke det fysiske sensorer ikke kan måle, for eksempel produktkvalitetsspesifikasjoner.
En suksesshistorie for dataanalyse rapportert av TrendMiner involverte et kjemisk anlegg som opplevde "klistre" ventiler, noe som forårsaket forsinkelser mellom endringer i ventilutgang og faktisk prosessrespons. Anlegget ønsket å identifisere nøyaktig når ventilene begynte å feste seg, så de måtte overvåke eventuelle avvik fra ventilenes forventede oppførsel og deretter finne parametere som ville skille mellom "normal" og "dårlig" ventiloppførselsperioder. Disse parameterne konverteres til varsler for ut-av-fase atferd, som ikke bare varsler personell om situasjonen, men også foreslår mulige korrigerende handlinger. «Ved å bruke en -selvbetjeningsanalyseløsning kan prosesseksperter bruke innebygde AI- og ML-funksjoner for å søke etter og validere produksjonsproblemer ved hjelp av-høyhastighets trendanalyse.
Selv med det store utvalget av tilgjengelige programvareverktøy og mobilapper å velge mellom, trenger noen brukere fortsatt svært tilpassede løsninger for å møte deres forretningsbehov. Det er her-intern programmering kan komme godt med. JourneyApps (Denver, Colo.;) tilbyr en høy-produktiv applikasjonsutviklingsplattform som brukere kan bruke til å skrive sin egen kode, noe som resulterer i mer sofistikerte applikasjoner enn ikke-kodede applikasjonsbyggere, som er rettet mot ikke-programmerere og begrenset av deres programmerere. simplicity.JourneyApps-sjef Conrad Hofmeyr forklarer: "Dette betyr at avansert forretningslogikk, tekniske beregninger og svært tilpassede integrasjoner kan implementeres i løpet av få dager uten mye av den tradisjonelle overheaden knyttet til programvareutvikling." Han bemerker at de fleste kjemiingeniører har en viss grunnleggende erfaring med koding eller skripting gjennom verktøy som Microsoft Excel Macros eller Matlab, slik at de raskt kan tilegne seg programmeringsferdighetene som er nødvendige for å bruke JourneyApps til å bygge komplekse applikasjoner som automatiserer og effektiviserer kritiske forretningsfunksjoner.
Hofmeyr nevner for eksempel et eksempel på et CPI-selskap som bygde en dedikert applikasjon for Standard Operating Procedures (SOP-er), som gjorde dem i stand til å gå fra manuelle-regnearkbaserte SOP-er til en sentral-kontrollert applikasjon med et komplett revisjonsspor. Han legger til: "Tilpassbarheten som tilbys av JourneyApps betyr at individuelle globale applikasjoner kan skreddersys for lokale behov og systemintegrasjon." I et annet eksempel utviklet en kjemikalieprodusent fra et oljefelt sin egen applikasjon for å kjøre nøkkelberegninger brukt i den daglige feltrapporteringsprosessen og generere rapportdokumentasjon, alt mens brukere var frakoblet på et frakoblet nettsted.
Ser fremover til sluttbruk
Avansert programvare og modelleringsverktøy gjør det også mulig å skape sikrere, mer effektive sluttprodukter i mange bransjer, fra bildeler til farmasøytiske produkter. Et eksempel er BASF SEs (Ludwigshafen, Tyskland) Ultrasim datamaskin-støttet ingeniørverktøy (CAE) for modellering av materialegenskaper, som nylig ble oppdatert for å modellere en rekke termoplastiske elastomermaterialer fra innledende prosessering gjennom hele prosesskjeden. slutt-bruksprodukter. Kortere utviklingssykluser og aggressive tidsplaner legger økende press på ingeniører for å få produktytelsen riktig første gang. Prediktiv nøyaktighet er en stor fordel," sier Marios Lambi, CAE-teamleder for simuleringsteknikk ved BASF i Nord-Amerika. Ultrasim kan simulere innledende og syklisk belastning av komponenter, noe som har vist seg å være spesielt viktig for bildeler laget av elastomere materialer. "Fra kryplaster til krasjsimuleringer, termiske belastninger og vibrasjonssimuleringer beskrevet{8} sammen med prosessert material egenskaper, samt numeriske optimaliseringsverktøy som gir mulighet for raske geometriendringer, Ultrasim legger grunnlaget for å designe bedre deler," understreker Andreas Wüst, BASF Europes teamleder for dynamisk strukturanalyse.
"Materialkarakteriseringsprosessen genererer de nødvendige dataene som er avgjørende for nøyaktigheten av å forutsi oppførselen til virkelige deler. Teoretiske materialmodeller utviklet for dette formålet blir kalibrert ved hjelp av informasjon fra tester, og sikrer dermed at atferden representerer reelle produksjonsforhold og ikke en vilkårlig situasjon som er langt fra virkeligheten." "Det er mange eksempler på komplekse sammenstillinger, som bilseter, som har blitt kollisjonstestet, og disse testene utnytter Ultrasims prediktive nøyaktighet for å lage deler som består valideringstester. Dette forkorter utviklingssyklusen dramatisk og minimerer, om ikke eliminerer, designendringer," la han til.
For høy-presisjonsprosesser i FoU- og kvalitetsanalyselaboratorier for biofarmasøytiske ingredienser og andre høy-produkter, kan programvareverktøyet brukes til en rekke formål, inkludert å tilrettelegge for en organisasjons forretningskontinuitetsplan (BCP). "Effektiv programvare kan redusere eller redusere antall risikoer under laboratorieinspeksjoner, forenkle hendelsestesting, og automatiserte prosedyrer kan brukes til å gjenopprette systemer etter en hendelse eller til og med holde dem i gang under en hendelse, som alle forenkler BCP," sa Thermo Fisher Scientifics Enterprise Chromeleon Data Systems Organization, produktmarkedssjef Barbara van Cann for kromatografiprogramvare. I tillegg kan laboratorier ytterligere forenkle BCP ved å velge integrert programvare som inkluderer et kromatografidatasystem (CDS), et laboratorieinformasjonsstyringssystem (LIMS) og et laboratorieutførelsessystem (LES). van Cann forklarer, "Både LIMS- og CDS-programvaren bør gi verktøy for å overvåke instrumentkvalifisering, kalibrering og vedlikehold, selv for individuelle deler." CDS-programvare skal også hjelpe brukere med å håndtere analytiske uregelmessigheter og ha innebygde-nettverksfeilsikre funksjoner for å sikre at driften kan fortsette uten menneskelig innblanding i tilfelle nettverksavbrudd. For å unngå forstyrrelser på grunn av cybersikkerhetsangrep, anbefaler Van Cann at laboratorier kjører CDS og annen programvare i et domene atskilt fra hovedkontorsystemet for å unngå potensielle cybertrusler fra e-post. Til slutt, som med enhver automatisert programvareplattform, må den menneskelige faktoren vurderes. "Menneskelige feil kan minimeres ved å kontrollere hva brukere kan og ikke kan gjøre, og hva de kan og ikke får tilgang til. I tillegg bør verktøy være tilgjengelige for å automatisere så mange handlinger som mulig. Mindre brukerinteraksjon tilsvarer mindre feil." la hun til.