Pobierz referat konferencyjny

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.
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.
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
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
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.
również
może
być
podstawą
Może on być wypełniony online jak
do
analiz
porównawczych.