Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Integrální řešení pro řízení výrobních jednotek

číslo 6/2002

Integrální řešení pro řízení výrobních jednotek

Moderní pojetí použití automatizačních prostředků a informačních systémů na poli řízení výrobního podniku již nespočívá v implementaci řady dílčích řešení na jednotlivých úrovních – tj. automatizace technologického procesu, řízení výroby, manažerských informačních systémů apod. Současným trendem je dosahovat maximální informační a řídicí výtěžnosti zajištěním optimální integrace a úplností řešení.

Obr. 1.

Partnerství a úplnost nabídky
Moderním a cenově efektivním trendem při řešení problematiky implementace rozsáhlých projektů řízení výrobního podniku je optimalizace vztahů na úrovni dodavatelského modelu. Výhodný je model nahrazující tradiční vztah odběratel versus několik dodavatelů modelem partnerských vztahů. V takovém modelu úzký okruh dodavatelů velmi těsně spolupracuje s konečným uživatelem nad zamýšlenými funkčními schopnostmi budoucí aplikace, analyzuje její potřeby a uskutečňuje všechny další kroky vedoucí k realizaci celého projektu. Co nejmenší počet účastníků v takovém vztahu minimalizuje úsilí spojené s vedením projektu a dostatečně široký a úplný sortiment výrobků, základna řešení a báze zkušeností dodavatelů (dodavatele) jsou zárukou úspěchu implementace. Partnerské vztahy a důvěra, které jsou neopominutelnou součástí celého procesu, často vedou až k symbióze dodavatelů – řešitelů a odběratelů – uživatelů.

Jedním ze zmíněných parametrů je úplnost nabídky řešení, kterým potenciálně úspěšní dodavatelé musejí disponovat. V oblasti současných projektů průmyslové automatizace – řízení technologického procesu v návaznosti na informační systémy tříd Manufacturing Execution Systems (MES), Management Information Systems (MIS) a Enterprise Resource Planning (ERP) – je úplnost nabídky měřena schopností dodat přinejmenším:

  • komplexní analýzu potřeb v oblasti řešení řízení výrobní jednotky minimálně do úrovně MIS s jasně definovanou vazbou na systém ERP,
  • produkty a řešení pro oblasti měření a regulace,
  • produkty a řešení pro oblast MES,
  • produkty a řešení pro oblast MIS,
  • finanční analýzy přínosu implementace řešení,
  • časově a cenově efektivní službu řízení projektu (project management),
  • nástroje pro dlouhodobou údržbu systému,
  • systém rozvoje použitých řešení.
Obr. 2.

Firma Honeywell disponuje z daného pohledu komplexem řešení, jež je schematicky naznačeno na obr. 1. Jednotlivé prvky tohoto komplexu jsou často komoditními záležitostmi – jako např. oblast přístrojů (snímačů a akčních členů) v provozu (field instrumentation) – a důležitá je integrace jednotlivých prvků s důrazem na specifické vlastnosti integrálního řešení pro konkrétní typ zákazníka. Firma Honeywell využívá své schopnosti dodat a implementovat svá řešení v klíčových průmyslových oblastech a nabízí pro ně speciální způsoby integrace.

Odhlédněme nyní od specifik řešení pro různá průmyslová odvětví a podívejme se na jednotlivé obecné opěrné body řešení nabízené firmou Honeywell.

Řídicí systémy
Firma Honeywell působí v oblasti průmyslové automatizace několik desetiletí. Přesně před 27 lety byl uveden na trh systém TDC 2000 jako představitel řídicích systémů kategorie DCS (Distributed Control System), což znamenalo přelom v pojetí zajištění spolehlivého řízení technologického procesu. S rozvojem elektrotechniky, technologií v oblasti výroby mikroprocesorů a s obrovským nárůstem dostupných nástrojů pocházejících z vývoje systémového softwaru se rozvíjel i DCS firmy Honeywell. Podstatnou součástí rozvoje vždy byla a je kontinuita, která zajišťuje nepřerušování chodu řízené technologie s přechodem řídicího systému na novější verze a zároveň ochranu investic zachováváním stávajících, již pořízených komponent řídicího systému.

Obrovský podíl na vývoji řídicích systémů u firmy Honeywell má těsná spolupráce s konečným zákazníkem, jehož názor na aktuální stav a vlastnosti systému s ohledem na jeho používání je vždy brán jako velmi důležitý faktor v definici priorit vývoje.

Obr. 3.

Paralelně s rozvojem DCS rozvíjela firma Honeywell iniciativy na poli tzv. hybridních řídicích systémů. Hybridními systémy jsou nazývány systémy, které stojí na pomezí DCS a programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC), spojují v sobě hlavní vlastnosti z obou kategorií (modularita, rozšiřitelnost, diskrétní řízení, spojité řízení, vsádkové řízení, robustnost a redundance) a zároveň jsou cenově velmi efektivní.

Na první pohled paralelní světy DCS a hybridních systémů vstupují do nové etapy své existence s novým systémem od firmy Honeywell označeným Experion PKS.

Experion Process Knowledge System (Experion PKS) integruje DCS a hybridní řídicí systém do jednoho celku. Firma Honeywell přichází v jeho rámci s patentovanou technologií FTE (Fault Tolerant Ethernet), tj. nekolizního Ethernetu, jako jednou z nosných složek nového systému zajišťující na jedné straně otevřenost s použitím běžně dostupných hardwarových komponent na úrovni systémové komunikace a na druhé straně vysoký stupeň robustnosti. Dalšími faktory dokladujícími důslednou integraci s hlavním směrem vývoje jsou:

  • jednotné operátorské rozhraní, které je tvořeno v duchu webových technologií a je provozovatelné v prohlížeči Microsoft Internet Explorer (MS IE);

  • jednotná správa výstražných hlášení a událostí s velkým důrazem na transparentnost;

  • rozvoj otevřenosti systému použitím pokročilého klientu OPC schopného vlastní „inteligencí“ rozpoznávat cizí proměnné (tag);

  • rozšiřitelnost systému na úrovních modulů v/v, procesorů i serverů (komunikačních, uchovávajících historická data i aplikačních).

Obr. 4.

Vyšší úrovně řízení
Tradiční součástí řešení nabízených a dodávaných firmou Honeywell jsou nadstavbové aplikace tříd MES a MIS. Tato oblast je pokryta sadou aplikací a nástrojů specificky určených ke sběru dat z automaticky řízené výrobní technologie a jejich dalšímu zpracování v informace užitečné a potřebné na dalších úrovních řízení.

Schéma architektury aplikací na vyšších úrovních řízení je naznačeno na obr. 2.

Jádrem řešení je datový sklad Uniformance PHD (Process History Database), který má prostřednictvím specifických rozhraní vazbu na data vznikající na úrovni řízení technologie. Mohou to být výstupy přímo z řídicího systému, data vznikající např. v laboratorních informačních systémech nebo jednoduše ruční vstupy. Vnitřní stavba Uniformance PHD je založena na dvou databázových strojích – stroji pracujícím v reálném čase a relačním databázovém stroji. První z nich zajišťuje sběr technologických dat a jejich masivní ukládání s použitím efektivní komprese. Druhý z nich kromě konfigurace nese informace zejména o tzv. relačním datovém modelu, který je významný z hlediska popisu technologie a definice jednoznačné místní příslušnosti jednotlivých dílčích toků dat.

Obr. 5.

Jednoduché informační analýzy nad dostupnými daty lze provádět přímo specifickými klientskými nástroji (tlusté a tzv. odstředěné klienty) s označením tag explorer a process trend anebo s využitím běžných nástrojů kancelářského balíku Microsoft Office (Microsoft Excel). Informace je pak možné prezentovat prostřednictvím např. uživatelské aplikace v jazyce Visual Basic pomocí komponent ActiveX s minimem tvorby uživatelského kódu.

Schéma připojení Uniformance PHD k jednotlivým uživatelským rozhraním tlustých i tzv. odstředěných klientů je na obr. 3.

Mimo již zmíněné technologie přístupu k datům a získávání informací je velmi efektivní cestou použití internetovských technologií. Na obr. 4 je ukázáno schéma architektury podporující použití tenkých klientů v obecně známém prostředí Microsoft Information Server (MS IIS) a MS IE.

Obr. 6.

Sběr dat, jejich zpracovávání pro krátkodobé analýzy ad hoc a poskytování informací o dlouhodobých trendech založené zejména na sledování časových průběhů technologických veličin jsou náplní základní úlohy systému Uniformance PHD. Další jeho rolí je sloužit jako informační základna pro nadstavbové aplikace.

Nadstavbové aplikace
Úroveň řízení výroby a manažerských informačních systémů v různých typech výrobních jednotek má celou škálu společných vlastností, ale také mnoho specifických požadavků. Firma Honeywell disponuje obecnými aplikacemi pro řízení výroby i specifickými aplikacemi pro určitá průmyslová odvětví.

Obecné nadstavbové aplikace
Jako zástupce aplikací obecně použitelných uveďme aplikaci Bussines.Flex, která má tyto součásti důležité v oblasti řízení výroby:

  • Event Monitoring (obr. 5) jako aplikaci pro detekci významných událostí, jejich správu a řízení jejich distribuce do sítě oprávněných a zodpovědných uživatelů;

  • Quality Management (obr. 6) jako aplikaci pro řízení jakosti výroby prostřednictvím definovaného způsobu měření, statistického vyhodnocování a definování zpětného zásahu do výroby s cílem zajistit požadovanou hodnotu sledovaného parametru;

  • Operations Monitoring (obr. 7) je aplikace, která zaznamenává odchylky od nastavených provozních cílů a pomáhá nastavit priority následných zásahů;

  • Operating Instructions (obr. 8) jako aplikaci zajišťující správu, předávání a sledování provozních postupů, procedur, instrukcí, ukazatelů kvality a poznámek operátorů (nahrazuje psané instrukce, tabulky, faxové instrukce, elektronickou poštu apod.).

Obr. 7.

Specifické nadstavbové aplikace
Jako představitele objemného balíku specifických aplikací nabízených firmou Honeywell zde alespoň náznakově uveďme řešení pro řízení a optimalizaci průmyslové energetiky s označením UES a řešení pro farmaceutický průmysl POMS MES.

Unified Energy Solution (UES)
UES je softwarový balík vytvořený na základě dlouhodobého působení firmy Honeywell v oblasti průmyslové energetiky, který komplexně řeší optimalizaci provozu řízené technologie s ohledem na provozní náklady i optimalizaci provozu s ohledem na sjednané dodávky tepelné anebo elektrické energie. Jeho podstatnými součástmi jsou moduly:

  • Plnění dodávek/výroby elektrické energie (Tie Line Control – TLC) podporující řízení dodávky elektrické energie tak, aby:

    • byl maximalizován zisk z dodávky při uvažování variability výroby v protitlakových turbogenerátorech (TG) závislých na výrobě páry,

    • bylo garantováno množství elektrické práce dodané v kontraktačních intervalech;

  • Stabilizace parní sběrny (Master Pressure Controller – MPC), který na základě odhadu požadavků na parní výkon z TLC počítá predikovanou trajektorii celkového množství paliva tak, aby systém:

    • zvládal přechodové děje při kompenzaci poruch,

    • na horizontu predikce splnil požadavek vyrovnané bilance parní sběrny;

  • Zatěžování kotlů (Effective Load Allocation – ELA), který nezávisle řeší:

    • alokace přechodového děje s přihlédnutím k provozním podmínkám, zdrojům poruch a dynamikám jednotlivých kotlů;

    • alokace ustálených výkonů na základě ekonomických kritérií;

  • Optimalizace spalování (Advanced Combustion Control – ACC), což je regulátor poměru paliva a vzduchu v hubici hořáku, který,

    • stabilizuje proces hoření,

    • zvyšuje účinnost procesu hoření,

    • potlačuje nežádoucí vysokofrekvenční akční zásahy.

Obr. 8.

UES je zejména na dnešním uvolňovaném trhu s elektrickou energií užitečným produktem, a to i ve svých jednotlivostech, např. TLC slouží jako koordinační aplikace při plnění kontraktačních podmínek nasmlouvaných na krátkodobém trhu. Funkční schéma UES je uvedeno obr. 9.

POMS MES
V oblasti specifických systémů pro řízení výroby v podniku z „druhého konce“ průmyslového spektra – oboru farmacie – disponuje firma Honeywell řešením POMS MES, určeným pro řízení výroby ve farmaceutickém průmyslu i všude tam, kde je třeba výrobu certifikovat speciálním způsobem, např. podle požadavků amerického dohlédacího úřadu FDA (US Food and Drugs Administration).

POMS MES poskytuje nástroje k tvorbě a řízení výrobních dávek cestou:

  • řízení materiálových toků,
  • řízení vážních a laboratorních systémů,
  • řízení výjimek a odchylek,
  • řízení a verifikace stavu výrobního zařízení,
  • řízení jakosti,

současně s moduly zabývajícími se:

  • řešením elektronického podpisu,
  • ověřováním a schvalováním výroby,
  • dokumentováním výroby.
Obr. 9.

POMS MES je tedy ucelené řešení, které kromě spolehlivého řízení výroby zajišťuje vysokou míru její opakovatelnosti ve sledovaných parametrech.

Integrace se systémy ERP
Řešení firmy Honeywell pro řízení výrobní jednotky je otevřeným systémem. Jedním z důležitých rysů jeho otevřenosti je existence jednoznačného rozhraní pro integraci se systémy ERP. Jedním z takových rozhraní je Business Hiway, sloužící pro integraci se SAP/R3 (obr. 2).

Vhodným rozborem potřeb a definováním datových a informačních toků lze aplikačně docílit integrace i s jinými produkty na poli ERP.

Závěr
Průřez některými aspekty komplexního pojetí řešení firmy Honeywell pro řízení výrobních jednotek si nekladl za cíl detailně popsat všechny podrobnosti a vazby. Cílem bylo upozornit na klíčové pohledy, produkty a řešení a dát tak prostor k úvahám a zamyšlením nad vztahem konkrétních potřeb jednotlivých uživatelů a poskytovanou šíří řešení.

Milan Kucharský, Sales Engineer, Honeywell spol. s r. o.
milan.kucharsky@honeywell.com

Inzerce zpět