Как театр начинается с вешалки, так автоматизация технологического процесса, вы будите смеяться — с технологического производственного процесса. Давайте поговорим, что это за зверь и с чем его едят с какой стороны, следует к нему подходить автоматчику (и не только).
Напоминаю, что точка входа, базовая статья данного раздела доступна для ознакомления здесь.
От идеи к изделию: что любит экономика
Прежде чем что-то автоматизировать, нужно понять, что именно мы собираемся автоматизировать. Вообще производство — это часть экономики. И разбираться в ней любой инженер тоже должен. Ну если хочет знать, почему принимаются те или иные решения — зачем он обязан сделать эту хрень именно таким образом, да в таком объеме. Почему ему не дают возможность причинять добро облегчить себе жизнь, покупкой супер-пупер крутого девайса за уйму денег, но как все-таки можно уломать большое начальство на разорительную покупку.
Если очень грубо, то вся экономическая теория производства сводится к одному: сделать нужный продукт нужного качества в нужное время с минимальными затратами. Остальное — детали. Но если экономист видит в них график: «затраты — прибыль», то для нас, инженеров — это тысячи метров кабеля, сотни датчиков, тонны металлоконструкций, бессонные ночи с литрами кофе и много-много нервов.
Напомню, что именно экономическая теория дает нам определения труда, орудия (средства) труда, предмета труда. А также производительных сил равных произведению рабочей массы на анальное ускорение в основе любого производства, состоящих из работников (в формате знаний, трудовых навыков и производственного опыта), средств производства (средства труда и предметы труда) и способа производства (технология, распределение труда, и т. д.).
Любой объект производства и тем более его автоматизация — это инвестиция. Её цель — снизить те самые «затраты» на графике экономиста, повысив при этом «качество», «предсказуемость» и в конечном итоге — «прибыль». Наша задача — доказать, что требуемые железяки и софт окупятся быстрее, чем начальник успеет забыть, зачем он их одобрил.
Производственный процесс: большая карта всего
Строго говоря, есть производственный процесс — совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции. То есть вообще все, что происходит на предприятии. От момента, когда грузовик с сырьём въезжает на ворота, до момента, когда готовый продукт эти ворота покидает.
Сюда входят:
- основные процессы: те, что непосредственно меняют продукт (резка, варка, сборка).
- вспомогательные процессы: всё, что обеспечивает работу основных процессов (ремонт оборудования, выработка пара, подача сжатого воздуха).
- обслуживающие процессы: например, логистика, складирование, уборка.
- процессы управления: планирование, учет, контроль.
Представьте себе большой город. Производственный процесс — это вся жизнь города: от работы коммунальных служб до вывоза мусора.
А есть технологический процесс — часть производственного процесса из состава основных процессов, содержащая целенаправленные действия по изменению (или) определению состояния (размеры, геометрия, физико-химические свойства) предмета труда. Это уже конкретный маршрут, по которому поедет продукт-турист по городу, чтобы набраться впечатлений стать в итоге лучше, чище и добрее. Это последовательность действий, которые целенаправленно преобразуют сырьё в нечто полезное.
Законченная часть технологического процесса, выполняемая, как правило, на одном рабочем месте одним сотрудником, называется технологической операцией. Таким образом, технологические процессы состоят из операций. Те же, в свою очередь, складываются из технологических переходов.
Возьмем для примера технологический процесс производства бутерброда с колбасой.
Технологическая операция №1: «Нарезка хлеба».
- Технологический переход 1: взять булку.
- Технологический переход 2: разместить в хлеборезке.
- Технологический переход 3: нарезать на ломтики толщиной 10 мм.
- Технологический переход 4: извлечь ломтики.
Технологическая операция №2: «Нарезка колбасы».
- ... (аналогично, но уже с колбасой и другим ножом).
Технологическая операция №3: «Сборка бутерброда».
- Технологический переход 1: взять ломтик хлеба.
- Технологический переход 2: намазать масло слоем 1 мм.
- Технологический переход 3: уложить 3 ломтика колбасы.
Для инженера АСУТП каждая технологическая операция — это алгоритм. Каждый переход — это команда исполнительному механизму (ножу, роборуке, насосу). Задача — обеспечить, чтобы переходы выполнялись в строгой последовательности, с правильными параметрами (толщина 10 мм, а не 15 мм) и с проверкой на ошибки (а не застряла ли булка в хлеборезке?).
Технологичность конструкции: поле битвы маркетологов и инженеров
Бутерброд — это такая штука, что если голоден, то сойдет любой и масла побольше. Но вспомним про еще недавно неумолимое противостояние между архитектором и конструктором. Первый придумал изумительно красивое здание футуристической формы, условно говоря, продал его заказчику. А потом пришел конструктор и жестоко обломал поставил перед фактом: воплотить концепт или физически нельзя, или очень дорого.
Помните еще про экономику? Вот, чтобы с ней увязать производство придумали технологичность конструкции изделия (продукта). Это про то, какие параметры деталей и узлов, включая материалы, размеры и допуски, шероховатости и т. п., заложить в конструкцию продукта, чтобы легко и дёшево произвести последний в условиях современного автоматизированного производства (производственная технологичность). Ну а потом также эксплуатировать и утилизировать (эксплуатационная технологичность).
Задача конструктора изделия разработать его технологичным. Потом это надо сделать технологу в рамках организации производства. В его власти подобрать либо технологичное, либо нетехнологичное производственное оборудование.
Нетехнологичный станок (кошмар инженера АСУТП):
- для запуска требует, чтобы оператор подошел и нажал кнопку «Пуск» на пульте управления. Физически. Каждый раз.
- не имеет дискретных сигналов «Готов/Не готов», «Авария». О его состоянии можно узнать, только подойдя и посмотрев на индикаторы.
- его интерфейс — это панель с 20-ю кнопками без возможности дистанционного управления.
Вывод: Такого «динозавра» невозможно встроить в единую систему управления. Он — чёрный ящик, островок ручного труда в море автоматизации. Он ломает весь ритм и значительно удорожает процесс, увеличивает время производства.
Технологичный станок (мечта инженера АСУТП):
- имеет стандартный промышленный сетевой интерфейс (Ethernet, Profinet, Modbus TCP/IP — язык общения для локальных подсистем АСУ).
- предоставляет чёткий набор команд («Пуск», «Стоп», «Сброс») и статусов («Выполнение», «Авария», «Требуется техобслуживание»).
- позволяет дистанционно читать основные параметры (скорость, температура, счетчик изделий).
Вывод: Такой станок — готовый «кирпичик» в автоматизированной системе управления. Его можно опросить, им управлять и, главное, понять, что с ним происходит, не вставая с кресла.
Участвуйте в обсуждении закупок нового оборудования на самых ранних этапах при любой возможности! Ваша главная задача — задать один вопрос: «А его можно автоматизировать?». Технологичность и способность к интеграции должны быть ключевыми критериями выбора наравне с ценой и производительностью. Сэкономить на этом — значит заложить бомбу замедленного действия под всё будущее производство.
Технологический регламент: а давайте сделаем вот так
Технолог разрабатывает технологическую часть производства и генерирует довольно много информации. Не вся она полезна и нужна, с другой стороны — часть нужной не попадает в официальную проектную документацию. Как всегда.
Но так или иначе все доступные документы следует изучить, а после потребовать:
- технологический регламент;
- монтажно-технологические схемы и монтажные чертежи с КИПовской (контрольно-измерительные приборы) обвязкой (в том числе с указанием соединительных коробок, клемм, кабелей и их маркировкой);
- перечень КИПовских позиций с указанием уровней входных и выходных сигналов, шкал, погрешностей измерения, пределов сигнализации и блокировок, обеспечение искробезопасности;
- перечень параметров, определяющих взрывопожароопасность процесса.
Технологический регламент — это, если можно так сказать, священное писание процесса: «берем 100 литров молока, нагреваем ровно до 85°C, выдерживаем 15 минут, добавляем закваску…».
Все здорово, но для АСУ это пока филькина грамота. Документ надо будет перевести на машинный язык. Это должно делаться в техническом задании на АСУТП, но не будем сейчас ворошить больное.
- «Нагреваем до 85°C». Звучит просто. Но как? Паром? Электричеством? Сколько времени на нагрев? А если тен сломался? А если пар не подали?
- «Выдерживаем 15 минут». Это какие минуты? С момента достижения температуры? Или с начала нагрева? А если температура упала в процессе «выдержки»?
- «Добавляем закваску». А сколько именно? Каким насосом? Как долго он должен работать? А если клапан заклинило, и закваска не пошла?
Нужна максимальная конкретика. Технологический процесс должен быть разобран до переходов и возможных сценариев, с учетом конкретного оборудования. Всегда лучше потратить время на уточнения и детализацию, чем потом отскребать пригоревший продукт от стен реактора. Каждое действие должно иметь четкие условия: «ВКЛЮЧИТЬ насос N101 ЕСЛИ уровень в емкости V205 > 50% И температура T47 > 85°C».
Вы описываете виртуальный двойник производства, а затем устраиваете симулятор того, как должно работать. Нужно прописать сотни (если не тысячи) алгоритмов: логику включения, блокировки, срабатывания защиты. Например: «Нельзя открыть клапан слива, если в реакторе есть давление и температура выше 40°C». Это чтобы не получить фонтан горячего йогурта под потолок.
Маркировки оборудования берутся из схем и чертежей, если что — не зря же их запрашивали.
Любая система должна быть защищена не только от сбоев оборудования, но и от творческого подхода персонала. Всегда будет тот оператор, который попытается запустить перемешивание в пустом аппарате «просто поржать». Ему нельзя дать этого сделать. Еще до начала проектирования системы следует определиться с перечнем предупреждающих сообщений (алармов), которые должны быть понятными не только инженеру, но и эксплуатирующему персоналу. «ОШИБКА: Перемешивание без продукта» лучше, чем «ОШИБКА АЦП-245 по каналу AI-17».
Итак, вы хотите автоматизировать технологический процесс?
Если вы после прочтения этой статьи подумали: «Окей, это сложно, но я понял общую схему», — то моя цель достигнута. Ваш план действий, если есть производство и нужно в нем что-то автоматизировать:
- Понять экономику. Зачем мы это делаем? Какую проблему решаем? Какую пользу получим? Из этого потом строить систему.
- Изучить производственный процесс. Составить большую карту и найти на ней тот самый технологический процесс, который предстоит автоматизировать.
- Разобрать его на операции и переходы. Сесть с технологами и выжать из них все до последней капли конкретики. Перевести их красивые фразы на язык четких алгоритмов и условий.
- Оценить технологичность. Осмотреть оборудование на предмет его дистанционной управляемости. Бить тревогу, если с оборудованием что-то не так.
- Прописать логику. Учесть все, даже самые невероятные сценарии развития событий. Защитить систему от оборудования, персонала и самой себя.
- Внедрять, тестировать и пить кофе. Потому что именно на этом этапе выяснится, что датчик температуры на самом деле показывает давление, а в логике одного клапана пропустили всего одно условие, которое теперь останавливает всю линию.
Автоматизация технологического процесса — это не про то, чтобы поставить «умную» коробку и нажать волшебную кнопку. Это про то, чтобы досконально понять, как работает ваш бизнес на уровне молекул, металла и электронов, а потом помочь ему работать лучше.
Коллеги, что еще бы вы добавили в статью, исходя из своего опыта?
Ознакомиться с содержанием журнала.
Уважаемые коллеги, желаю хорошего дня. Подписывайтесь, чтобы иметь возможность обсудить со мной вашу задачу в комментариях. Буду рад лайку, альтернативному мнению или истории по теме статьи. При желании вы можете поблагодарить автора чашкой кофе для стимулирования мыслительного процесса и блогерского энтузиазма.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №1: Оценки, суждения и предложения по рассматриваемым вопросам являются личным мнением автора.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №2: Техническая информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владелец сайта не несет никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной из данного источника.
Все изображения, если не указано иное, либо выполнены автором, либо взяты из открытых источников.