8 Декабря 2016
Автор и должность
Николай Кравцов, Василий Афанасьев
Издание
Вектор высоких технологий №7(28) 2016
Посмотреть в формате pdf

Информационно-измерительные системы класса АСТУЭ активно используются на промышленных предприятиях в нашей стране с 90-х годов прошлого столетия и давно доказали свою полезность и важность. Казалось бы, что еще нового и интересного может появиться в их функционале? Да и нужно ли это вообще — наделять системы технического (внутреннего) учета энергоресурсов какими-то дополнительными свойствами? Как говорится «от добра добра не ищут». Но как показала практика, это не только нужно, но и важно. Не всегда выгоды от использования АСТУЭ очевидны руководителям предприятий, что может отрицательно сказаться на планах внедрения систем учета. Сегодня, благодаря стремительному развитию информационных систем и вычислительной техники, экспоненциальному росту скорости передачи данных, технологий обработки и анализа больших массивов данных в режиме реального времени, появилась возможность оборудовать традиционные и всем хорошо знакомые АСТУЭ новым функционалом, о чем и пойдет речь в нашей статье.

Основной функционал большинства действующих систем АСТУЭ решает такие задачи, как:

  • автоматизированный дистанционный учет энергоресурсов, потребляемых на различные нужды (по отдельным зданиям и помещениям, группам потребителей и особо крупным единичным потребителям);
  • проведение дальнейшей статистической аналитики;
  • снижение влияния человеческого фактора на сбор информации.

Также ряд систем позволяет планировать потребление энергоресурсов на будущие периоды и использовать данные о потреблении для анализа финансово-экономической деятельности организации.

Эффективность внедрения АСТУЭ неоднозначна. Энергоемкие отрасли промышленности с долей энергоресурсов в себестоимости продукции 25 % и более показали отличные результаты по возврату инвестиций за счет существенного снижения платежей за потребленные энергоресурсы. Средняя окупаемость инвестиций составляет 2-3 года.

В то же время на высокотехнологичных предприятиях, выпускающих дорогостоящую продукцию с низкой долей энергоресурсов в себестоимости продукции (менее 5 %), огромное число проектов по внедрению АСТУЭ так и осталось проектами на бумаге. Это связано с тем, что технико-экономическое обоснование внедрения АСТУЭ и расчет сроков окупаемости проекта только за счет экономии платежей за энергоресурсы встречают множество резонных вопросов со стороны финансистов, руководителей и собственников предприятий. Поэтому одной из основных задач энергетиков высокотехнологичных предприятий при разработке ТЭО является поиск дополнительных выгод внедрения АСТУЭ, причем выгоды должны быть выражены в явном денежном исчислении, что, в общем, непросто.

Когда один из наших клиентов «пожаловался» нам на этот момент, мы задумались, насколько актуален такой вопрос. Дальнейшие исследования показали, что данная проблема возникает не у одного отдельно взятого клиента, а у огромной группы предприятий, для которой характерна низкая доля энергоносителей в себестоимости продукции. Имея штат квалифицированных разработчиков и энергетиков, а также более чем 25-летний опыт работы в промышленности, мы с воодушевлением взялись за усовершенствование, разработку и внедрение информационно-измерительных систем класса АСТУЭ с дополнительным функционалом и возможностями, учитывающими особенности отечественных высокотехнологичных предприятий, которые обеспечивали бы сроки окупаемости на уровне 1-2 лет. Проект получил название «АСТУЭ+»

Детализация проблемы

В процессе работы мы провели детальный анализ и изучение представленных на рынке решений. В результате были выявлены факторы, ограничивающие эффективность внедрения классических АСТУЭ на высокотехнологичных предприятиях (Таблица 1).

Таблица 1 Факторы, ограничивающие эффективность внедрения классических АСТУЭ на высокотехнологичных предприятиях

1

Расчет сроков окупаемости проекта

Построен только на экономии затрат на покупку энергоресурсов

2

Точки учета

Только группы потребителей или отдельные крупные потребители

3

Ключевая доступная информация

Только потребление энергоресурсов за период времени (30 мин., 1 час и т. д.)

4

Частота обновления данных о потреблении энергоресурсов

30 мин., 1 час

Таким образом, система упускает фиксацию скоротечных (1 сек. и меньше) пиковых отклонений. Именно эти отклонения в значительной степени влияют на надежность и стабильность работы инженерных систем и оборудования

5

Узкая специализация системы

Активным пользователем системы выступает только служба главного энергетика.

Для руководства предприятия и смежных подразделений (производство, служба главного механика, финансовая служба) информация малопонятна и малополезна

6

Внедрение системы носит локальный характер (без учета информации из смежных автоматизированных систем предприятия)

Импорт/экспорт данных в смежные системы (ERP, MES, ТОиР (ТОРО) происходит вручную, с дополнительными трудозатратами. Информация передается некорректно, часть теряется

7

Слабая графическая проработка пользовательского интерфейса

Мнемосхемы с расположением точек учета отсутствуют или представлены в статичном виде. Работа с информацией ведется через таблицы с большим количеством данных и форм отчетов

По итогам структурирования и анализа полученной информации мы пришли к выводу, что внедрение АСТУЭ в классическом исполнении действительно может оказаться малоэффективным для многих предприятий. В первую очередь, это связано с тем, что на предприятиях затраты на энергоресурсы, используемые при производстве продукции, многократно ниже, чем затраты на само производство (комплектующие, материалы, обслуживание оборудования и т. д.), и основной вектор снижения затрат предприятий лежит в плоскости снижения издержек в производственном процессе (увеличение загрузки оборудования, уменьшение аварий и степени их тяжести, снижение брака на производстве, оптимизация технологического процесса, соблюдение производственной дисциплины). Достижение экономии именно в данной плоскости отметило большинство руководителей предприятий.

СИНТИЗ АСТУЭ+

В процессе проработки функционала «АСТУЭ+» мы обозначили потенциал для дальнейшего развития систем технического учета.

Наибольший камень преткновения — это окупаемость систем, завязанная только на экономию энергоресурсов. Следовательно, надо было определить, как еще можно «монетизировать» использование «АСТУЭ+». Как известно, одним из ценных активов любого предприятия является оборудование, которое, к слову, активно эти энергоресурсы потребляет. Продление срока службы оборудования, снижение количества неисправностей и повышение коэффициента его загрузки — за счет этих факторов можно достигнуть конкретных результатов, эффект от которых возможно выразить в денежном исчислении.

Решение пришло само собой — через контроль параметров потребления энергоресурсов осуществлять мониторинг технического состояния оборудования и инженерных систем. Причем предусмотреть возможность проводить контроль работы как группы станков, так и каждой отдельной единицы оборудования. Измерения решено было производить в реальном времени с частотой 1 раз в секунду. Фиксация, учет скоротечных (1 сек. и меньше) пиковых отклонений позволяют получить детальную информацию о состоянии инженерных систем и оборудования. Именно пиковые отклонения в значительной степени влияют на надежность и стабильность их работы. Например, кратковременный скачок или просадка напряжения способны остановить или вывести из строя конвейерную линию, на перезапуск которой уйдет значительное время. Анализ информации о характере, величине, динамике возникновения пиковых и пограничных ситуаций позволит спрогнозировать развитие ситуации, провести предупредительные мероприятия, разработать рекомендации для технического персонала.

Поскольку специализация системы расширяется, и эта информация становится полезной не только главному энергетику, но и целому ряду служб, в том числе техническому директору, директору производства, начальнику цеха, главному инженеру, главному механику, главному технологу (что также закрывает п. 5 Таблица 1), дополнительной задачей стало проведение аналитики собранных данных, их обработка и предоставление в удобной и наглядной для каждой службы форме.

В результате, у нас сформировалось следующее техническое задание (Таблица 2), а структура решения получила вид, представленный на РИС. 1.

Таблица 2 Ключевые особенности «АСТУЭ+»

1

Методика сбора информации и полевой уровень (оборудование для сбора информации)

Так же, как в АСТУЭ:

  • многофункциональные электроизмерительные приборы;
  • узлы учета тепла;
  • узлы учета пара;
  • узлы учета газа;
  • узлы учета сжатого воздуха;
  • узлы учета воды.

2

Точки сбора информации

Ключевое технологическое оборудование (с детализацией до конкретной единицы)

Группы потребителей; отдельные крупные потребители энергоресурсов

3

Функционал системы (ключевая доступная информация)

Мониторинг технического состояния оборудования и инженерных систем (через контроль параметров потребления энергоресурсов)

Учет загрузки оборудования (выкл./простой/работа/перегрузка)

Учет фактической наработки оборудования

Учет характера работы оборудования

Контроль качества энергоресурсов

Учет потребления энергоресурсов

4

Частота опроса точек учета (обновления данных о потреблении энергоресурсов и состоянии оборудования)

1 сек. (именно на основе измерений в режиме реального времени строится весь аналитический модуль комплекса)

5

Взаимодействие со смежными информационными системами

Обмен данными в автоматическом режиме

6

Пользователи системы

Руководство предприятия

Руководители производственных подразделений

Служба главного энергетика

Служба главного механика

Финансовая служба

7

Пользовательский интерфейс

Интуитивно понятный для различных групп пользователей с возможностью настройки индивидуально под задачи каждого подразделения/пользователя

Активные мнемосхемы

Панель ключевых показателей

Автоматическое формирование и рассылка отчетов, оповещение

Уже первые опыты внедрения системы технического учета АСТУЭ+ показали реальную эффективность ее использования на промышленных предприятиях. При сохранении полевого уровня как в АСТУЭ, но при кардинальном изменении структуры решения (добавление в качестве новых точек сбора информации ключевое технологическое оборудование, опрос и обработка данных в режиме реального времени с дискретностью 1 сек.) были достигнуты следующие результаты:

  1. Контроль работы и загрузки ключевого технологического оборудования в режиме реального времени: повышение степени эффективности использования парка оборудования и снижение простоев.
  2. Снижение затрат на ТОиР: сокращение числа аварий за счет превентивного реагирования, а также уменьшение тяжести аварий и их последствий.
  3. Единое информационное ядро: возможность для всех пользователей системы работать с одинаковой информацией и сокращение времени обмена информацией между подразделениями.
  4. Снижение потребления/затрат на энергоресурсы благодаря контролю работы и загрузки технологического оборудования вплоть до конкретной единицы, в том числе через административные меры и управление производственной дисциплиной.

Полученное решение получило название СИНТИЗ — Система ИНТеллектуальных ИЗмерений.

Бюджет и сроки внедрения системы АСТУЭ+ на базе ПАК (ПАК — программно-аналитический комплекс) СИНТИЗ сопоставимы со стоимостью внедрения традиционных АСТУЭ и составляет не более 1 % от стоимости основного оборудования.

По полученным результатам внедрений за счет многофакторного механизма снижения затрат сроки окупаемости систем составили от 12 до 24 месяцев. Эффективность использования был доказана, причем без многоступенчатых расчетов и обоснований.

СИНТИЗ SIAM

Как это часто бывает, мы решили не ограничиваться достигнутыми успехами. Помимо точек сбора данных для систем АСТУЭ (узлов учета потребления энергоресурсов) было предложено использовать в качестве источников информации также и оборудование полевого уровня, данные с которого обрабатываются и анализируются MES- и SCADA-системами, а именно:

  • панели операторов/HMI-интерфейс;
  • собственные панели управления оборудования;
  • видеокамеры;
  • сканеры RFID-меток/штрихкодов;
  • датчики температуры/влажности;
  • смежные автоматизированные системы (импорт/экспорт данных, активное взаимодействие).

Комбинация источников данных позволила в дополнение к функционалу «АСТУЭ+» получить целый ряд абсолютно новых полезных возможностей:

  1. Автоматизированный модуль прогнозирования и разработки рекомендаций на основе полученных данных в режиме реального времени. Позволяет организовать производственный процесс в оптимальном режиме с учетом минимальных затрат, оперативно принимать правильные управленческие решения в условиях быстропеременного производства.
  2. Формирование многофакторных отчетов, объединяющих информацию о производственных показателях, энергопотреблении, состоянии оборудования, удельных показателях, финансовых расчетах.
  3. База знаний, инструкций и документов для оперативной помощи персоналу. Позволяет новому сотруднику в максимально короткое время освоить тонкости работы с оборудованием и выйти на максимальные показатели производительности. База включает лучшие практики в части «бережливого производства» и проектов по энергосбережению, внедренные на участках предприятия, которые могут быть распространены на всё предприятие.
  4. Информация с панелей операторов с указанием причин простоев. Позволяет организовать детальный анализ причин простоев и своевременно вносить корректировки в производственный процесс.
  5. Видеонаблюдение и запись эпизода с привязкой к событию. Позволяет получить картину «до» и «после» наступления критического события и в дальнейшем проанализировать ситуацию и принять меры для исключения подобных событий в будущем.
  6. Функционал стал полезен для представителей планово-экономической и технологической служб, так как детальная информация о причинах простоев позволяет вносить корректировки в технологические и производственные процессы на основе объективных данных.

Новый функционал был добавлен к АСТУЭ+ и опробован на ряде промышленных предприятий. Результаты оказались впечатляющими. По итогам тестирования было зафиксировано снижение эксплуатационных расходов и стоимости часа работы оборудования в целом, а расчетный срок службы оборудования увеличился на 20 % (РИС.4)!

При стоимости системы не более 1 % от стоимости оборудования и длительности внедрения от 6 до 18 месяцев с учетом всех доработок окупаемость составила менее 12 месяцев!

В результате нашей большой работы появилась система, имеющая уникальный функционал. На примере ПАК СИНТИЗ можно говорить о зарождении нового класса «умных» автоматизированных систем — SIAM-систем (Smart Industrial Asset Management — интеллектуальное («умное») управление производственными активами), объединяющих кроме элементов систем технического учета энергоресурсов (АСТУЭ), систем мониторинга (SCADA), систем управления предприятием (MES) также уникальные алгоритмы анализа, прогнозирования и разработки рекомендаций в режиме реального времени.

Особенности SIAM-систем:

  • Мощный аналитический пакет, позволяющий в автоматическом режиме выявлять и прогнозировать важные события и изменения, тем самым сокращая срок устранения проблемы или предупреждая ее возникновение.
  • Встроенная система поддержки принятия решений — разработка рекомендаций на основе анализа огромного массива данных.
  • Комплексный анализ работы технологического оборудования, инженерных систем и их взаимодействия.
  • Интеграция всего парка оборудования без «теневых зон», включая и ультрасовременные системы, и раритетные экземпляры оборудования.
  • Формирование коммуникационной сети предприятия, позволяющей увязать между собой оборудование и персонал.
  • Интеграция с автоматизированными и информационными системами предприятия.
  • Формирование статистических и аналитических отчетов.