Innowacyjne rozwiązania w przemyśle przetwórczym

W świecie postępującej specjalizacji produkcji i jej dostosowania do życzeń klientów wciąż istnieją rzeczy i produkty niezmienne. Benzyna nadal pozostała benzyną, płatki kukurydziane, płatkami, a aspiryna, aspiryną.

W konformistycznym dotąd świecie procesów produkcji dóbr przetworzonych pojawiło się obecnie miejsce na wprowadzenie zmian. Wielu producentów dostrzega potrzebę wprowadzenia nowych technologii i pomysłów. Dzieje się tak coraz częściej, a technologie stworzone typowo dla przemysłu przetwórczego, szczególnie branży spożywczej, farmaceutycznej i petrochemicznej, znajdują coraz częściej nowe zastosowania w zupełnie innych dziedzinach i obszarach produkcji.

Pewna luka pomiędzy produkcją środków trwałych a dóbr konsumpcyjnych jednak pozostanie. Zawsze istnieć będą bowiem procesy, które wzajemnie ze sobą się nie zazębiają. Pomimo tego wyłaniają się jednak nowoczesne technologie w automatyce, takie jak komunikacja bezprzewodowa, systemy sterowania i zarządzania produkcją MES i technika RFID, które przyczyniają się do działań producentów na rzecz przyspieszenia i efektywniejszego funkcjonowania procesów produkcyjnych. Te technologie pomagają im ograniczyć koszty produkcji, zapewnić jej odpowiednią jakość i bezpieczeństwo zarówno pracowników, jak i konsumentów. W rezultacie dostawcy tworzą produkty spełniające obostrzone wymagania producentów branży przetwórczej. 

Szczególnym wyzwaniem jest przyspieszenie wejścia produktu finalnego na rynek, przy wykorzystaniu rozwiązań technologicznych wszędzie tam, gdzie tylko jest to możliwe. Dzięki takiej strategii pracownicy poziomu produkcyjnego mogą uczestniczyć w procesach decyzyjnych związanych z przebiegiem produkcji.

– Znajdujemy się więc obecnie w okresie przełomowym kształtowania zasad realizacji procesów produkcyjnych. Główną przyczyną tego stanu jest gwałtowne wtargnięcie do nich technik IT i choć coraz powszechniej obecne są również inne technologie, to jednak właśnie rozwiązania IT wprowadzają różnice – twierdzi John Blanchard, główny analityk grupy doradczej ARC Advisory Group z Bostonu.

– Zmiany te postępują dość powolnie. Nie można przecież od razu zamienić przysłowiowego okrętu w dziesięciocentówkę – podkreśla John Blanchard. – Rozmawiałem ostatnio z jednym z wiceprezesów firmy inżynierskiej, który stwierdził: „Musiałem zmienić sposób myślenia wszystkich pracowników naszej firmy”. Z poglądem tym utożsamia się również Ed Grooms, konsultant rozwoju przemysłu chemicznego i nauk przyrodniczych ośrodka firmy ABB w Zurychu. – Krytyczne znaczenie niektórych produktów oraz konserwatywna natura przemysłu przetwórczego, spowalniają rozwój nowoczesnych technologii w stosunku do innych branż przemysłowych. Każda z tych branż ma bowiem różnorakie wymagania dotyczące zarówno warunków lokalowych, jak i budowy i parametrów stosowanych w produkcji urządzeń. Ponieważ rozwiązania realizowane w najnowszych technologiach stają się coraz bardziej stabilne i niezawodne, branże przemysłowe powoli je akceptują.

Tworzenie nowych rozwiązań

Niektóre rozwiązania przeznaczone dla branż przemysłowych opierają się na rozbudowie, modyfikacji już istniejących technologii, jak sterowanie czy komunikacja bezprzewodowa. Niektóre zaś są wyjątkowymi, specyficznymi rozwiązaniami, ukierunkowanymi na spełnienie konkretnych wymagań danej branży, a dopiero potem wkraczają w inne obszary zastosowań.

Przykładem tych ostatnich jest system łączeniowy Ultra- Lock firmy Woodhead Industries. Nierdzewne elementy łączeniowe służące do realizacji połączeń elektrycznych eliminują problem przekręcenia złączy i jednocześnie ułatwiają ich czyszczenie w środowiskach o uregulowanych, ale niekrytycznych wymaganiach sanitarnych. – Mówimy tu o sprzęcie spłukiwanym środkami czyszczącymi o podwyższonej temperaturze i ciśnieniu ok. 80 atmosfer – wyjaśnia John Sullivan, pracownik firmy Woodhead Industries. – Jeżeli połączenie wykonane jest nieprawidłowo, z czasem rozpoczyna się proces jego korozji, który w rezultacie prowadzi do przerw lub zerwania połączenia elektrycznego. Istotną kwestią jest również możliwość swobodnego odłączenia np. silników wymagających okresowego serwisowania (wiążącego się z ich przemieszczeniem). Przy trwałym połączeniu jest to utrudnione – kontynuuje John Sullivan.

System Ultra-Lock był odpowiedzią firmy na wiele zmian dostrzeganych przez Sullivana w przemyśle przetwórczym w ostatnich latach. – Rynek środków spożywczych i napojów wykorzystał olbrzymi wzrost w branży automatyki. Jego przedstawiciele musieli sprostać wymaganiom światowej konkurencji i ciągle poprawiać skuteczność działania zakładowych systemów automatyki. W rezultacie ciekawym zjawiskiem są próby ograniczenia osobogodzin w tych zakładach, przy jednoczesnym wzroście dokładności produkcji – stwierdza John Sullivan. 

Ponieważ standardy bezpieczeństwa ewoluują bardzo szybko, konieczne jest prowadzenie odpowiednich szkoleń dla osób zarządzających zakładami przemysłowymi, tak by były one świadome kosztów i zysków związanych z ich ewentualnym wprowadzeniem.

Joseph Weigel, firma Square D Services Marketing

Jak zawsze, najważniejszym aspektem w przemyśle przetwórczym są pieniądze. Czas to pieniądz, i to duży pieniądz. – Kiedy przedsiębiorstwa muszą wykonać prace związane z utrzymaniem ruchu, wiąże się to z reguły z kosztami rzędu 15 000 do 20 000 dolarów za minutę przestoju, wliczając w to straty w produkcji. Dokładność jest zasadniczym kryterium i producenci urządzeń starają się ją zagwarantować. Dlatego też w swoich urządzeniach instalują coraz liczniejsze i dokładniejsze różnej wielkości czujniki – wyjaśnia dalej John Sullivan.

Ważnym czynnikiem jest również możliwość szybkich zmian charakteru produkcji na danej linii produkcyjnej (elastyczność). – Dzięki szybkim systemom łączeń układy mogą być łatwo rekonfigurowane. Taka elastyczność sprawdza się bardzo dobrze w przypadku systemów taśmociągów i linii produkcyjnych w branży przetwórstwa – twierdzi Sullivan.

Innym obszarem znaczących zmian jest branża petrochemiczna, gdzie jeden rodzaj energii jest konsumowany w celu wytworzenia innego rodzaju energii, a procesy przetwarzania podlegają ciągłym zmianom.

– Każde duże przedsiębiorstwo zwraca szczególną uwagę na swoje układy średniego napięcia: 15–27 kV AC – mówi David Temple, kierownik produkcji urządzeń do układów średniego i niskiego napięcia w firmie SquareD/Schneider Electric. – Zakłady petrochemiczne należą do największych użytkowników urządzeń średnich napięć, a stosowane w nich odbiorniki elektryczne mają zazwyczaj bardzo duże moce i często wytwarzają duże ilości ciepła. Dlatego też w tych aplikacjach szczególnego znaczenia nabiera kwestia odpowiedniego rozdziału mocy oraz właściwa ochrona, zapewniające niezawodną pracę tego typu urządzeń.

– Istotną różnicą, gdy weźmiemy pod uwagę zakłady petrochemiczne, jest to, że zagrożenie samymi elektrycznymi wyładowaniami łukowymi ma tam charakter drugorzędny – dodaje Joseph Weigel, również kierownik produkcji z firmy SquareD Services Marketing. – Ważniejszym zjawiskiem niż wystąpienie wyładowań elektrycznych jest możliwość pojawienia się ognia. Podejrzewam, że to właśnie jest przyczyna, dla której stosowane są w tej branży tak rygorystyczne środki ostrożności.

Firma SquareD należy do grupy licznych dostawców sprzętu elektrycznego, którzy biorą czynny udział w działaniach Instytutu IEEE informujących producentów o szczególnym typie zagrożeń związanych z możliwością wystąpienia w zakładzie łukowych wyładowań elektrycznych. Joseph Weigel wyraża przekonanie, że branża petrochemiczna poradzi sobie z tym niezwykle istotnym typem zagrożenia.

– Wszystko zaczęło się w połowie lat 80. ubiegłego stulecia, kiedy to firma DuPont i inne zakłady petrochemiczne uświadomiły sobie skalę niebezpieczeństwa, jakie niosą ze sobą porażenie prądem i wywołany nim szok (nie tylko możliwy płomień). Wtedy to rozpoczęto prace nad opracowaniem standardu 70E (NFPA) firmowanego przez Narodowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej (USA). Podjęto również serię działań modernizacyjnych istniejących już instalacji, by podnieść poziom ich bezpieczeństwa i niezawodności. Zarysowała się ogólna tendencja do całkowitego schowania instalacji elektrycznych, a branża petrochemiczna stała się przodującą w tym zakresie – wyjaśnia Joseph Weigel.

W rezultacie, w opinii Davida Temple’a, firma SquareD opracowała bezpieczną aparaturę łączeniową (bez pojawiających się łuków elektrycznych), spełniającą surowe normy bezpieczeństwa w tym zakresie. Znajduje ona coraz szersze zastosowanie w przemyśle petrochemicznym oraz innych aplikacjach przemysłowych.

– W ciągu ostatnich 10 lat rozwinęła się technologia dystrybucji i rozdziału energii elektrycznej. W znacznym stopniu przyczyniły się do tego wprowadzane nowe standardy bezpieczeństwa sieci zasilania – przyznaje Joseph Weigel. – Jednakże przy rozważaniu możliwości jeszcze większego podziału linii zasilających i modernizacji sprzętu elektrycznego, konieczne jest uwzględnienie kwestii finansów i możliwych oszczędności. Nie myślę tu o kosztach budowy linii, ale o koniecznych w takim przypadku wyłączeniach, przerwach w produkcji. Okazuje się bowiem, że często stare instalacje, zwłaszcza w zakładach petrochemicznych, są bardzo dobre.

Jednakże dziś coraz częściej istnieje potrzeba dostarczenia niezbędnej wiedzy dla kadry zarządzającej przedsiębiorstwem, pomocnych przy podejmowaniu strategicznych decyzji co do przebiegu produkcji. – Ponieważ standardy bezpieczeństwa ewoluują bardzo szybko, konieczne jest prowadzenie odpowiednich szkoleń dla osób zarządzających zakładami przemysłowymi tak, by ich pracownicy byli świadomi kosztów i zysków związanych z ich ewentualnym wprowadzeniem. Praktycznie wszystkie firmy dostarczające urządzenia elektryczne dla przemysłu podejmują w tym zakresie liczne działania i opracowują odpowiednie programy – dodaje Joseph Weigel.

Przepisy i ceny

Nigdzie indziej kwestia kosztów produkcji nie ma tak wielkiego znaczenia, jak w branży farmaceutycznej. Najważniejszym czynnikiem jest tu oczywiście bezpieczeństwo pracowników i produktów, ale istotną rolę odgrywa również szybkość procesu produkcyjnego. Starzejące się społeczeństwo i konieczność wprowadzania nowych leków to mieszanina czynników nieustannie wymuszających wprowadzanie zmian w procesach produkcji zakładów farmaceutycznych.

– Największy wzrost w obszarze rynku farmaceutycznego związany jest z ciągłym pojawianiem się nowych metod leczenia oraz postępującym starzeniem się korzystających z nich społeczeństw. Zakończenie procesu rozpoznania mapy genetycznej człowieka przyczyniło się również do gwałtownego rozwoju biotechnologii i związanej z nią części rynku farmaceutycznego – twierdzi cytowany już wcześniej Ed Grooms. – Klienci skupiają się więc coraz częściej przede wszystkim na cenie leków. Na skutek tego zarówno przedstawiciele przemysłu, jak i ciała ustawodawcze rozważają różne sposoby usprawnienia ich produkcji, przy jednoczesnej redukcji kosztów.

– Dzięki odpowiednim regulacjom prawnym oraz doświadczeniom kadry inżynierskiej w przemyśle farmaceutycznym coraz częściej rozważa się możliwość wykorzystania zintegrowanych systemów sterowania i bezpieczeństwa, znajdujących dotychczas zastosowanie w branży petrochemicznej. Systematycznie rośnie liczba zamówień na tego typu systemy właśnie z branży farmaceutycznej – wyjaśnia Peter Fox, kierownik księgowości działu urządzeń dla przemysłu chemicznego i petrochemicznego w firmie ABB. – Kompanie farmaceutyczne analizują również uważnie korzyści wynikające z zastosowania w pełni zintegrowanych systemów bezpieczeństwa procesów produkcyjnych w innych zakładach.

Coraz bardziej zintegrowane systemy produkcji to kolejna istotna kwestia, nawet w przypadku branży przemysłowych wytwarzających olbrzymie ilości tych samych produktów. – Producenci farmaceutyków wytwarzają te same produkty o bardzo wysokiej jakości – przyznaje Ed Grooms. – Cały przemysł ma w stosunku do nich dość znaczne opóźnienie w zakresie unowocześnienia produkcji, której efektywność zazwyczaj waha się na poziomie 50%, a niejednokrotnie oscyluje wokół wartości 25%. Zacofanie dostrzegalne jest tu również w sferze akceptacji i wdrożeń najnowszych technologii – ogólnie przemysł produkcyjny jest niezwykle konserwatywny i zamknięty na nowe metody produkcji.

– Przemysł farmaceutyczny udoskonalił i usprawnił zdolność opisywania i utrzymania odpowiednich norm jakościowych – przyznaje Janice Abel, konsultant rynku farmaceutycznego w firmie Invensys Process Systems z Foxboro. – Inne branże przemysłowe mogłyby również nauczyć się podobnych zasad utrzymania jakości i certyfikacji produktów. Wymagane dokumenty, dotyczące w szczególności nowych projektów w tym zakresie, są w branży farmaceutycznej zazwyczaj lepiej opracowane niż w innych branżach przemysłu produkcyjnego, a ich efektem są projekty realizowane w zamierzonym czasie i w przewidzianych na wstępie ramach budżetowych.

– Przykładowo, producenci farmaceutyków mogą lepiej wykorzystać system zarządzania aktywami, zaawansowane systemy sterowania i systemy eksperckie, które przecież powszechnie stosowane są również w innych branżach, dla zwiększenia zysków oraz poprawy jakości produktów – mówi Janice Abel.

Zmiany na rynku światowym

Wszystkie te procesy mają miejsce w momencie, gdy kształtujący się, zglobalizowany rynek i różne dojrzałe już krajowe rynki wewnętrzne poszukują różnych produktów pochodzących od tych samych producentów – przyznaje John Blanchard. – Dokładnie to zauważymy, przyglądając się rozwijającym się rynkom. Stają się one coraz mniej skomplikowane i dysponują ograniczoną liczbą proponowanych towarów. Priorytetem staje się szybkość wejścia produktu na rynek. Wymaga to właściwego zrozumienia strategii firmy, optymalizacji inwestycji i budżetu oraz ciągłego poszukiwania metod poprawy i wsparcia optymalizacji produkcji. Celem strategicznym jest zbudowanie sprawnego i innowacyjnego przedsiębiorstwa – innowacja ważniejsza od osiągów. Należy dążyć do uzyskania maksymalnej perfekcji i dopasowania procesów produkcyjnych do aktualnych potrzeb rynku. Zastosowanie innowacyjnych rozwiązań jest podstawą sukcesu w tym zakresie – twierdzi dalej John Blanchard.

Takie podejście oznacza również konieczność zmiany metod przetwarzania produktów i ich identyfikacji w czasie produkcji. Wiodącym obecnie rozwiązaniem tej kwestii jest coraz bardziej popularna w przemyśle technologia RFID.

– Wymagania związane ze śledzeniem produktu i jego właściwą lokalizacją nabierają coraz większego znaczenia dla sfery biznesowej firmy, większego niż kwestia ułatwienia sterowania produkcją. Jeden przypadek konieczności wycofania produktów ze sprzedaży może doprowadzić przedsiębiorstwo do bankructwa. Dlatego zamiast wycofywać 2 miliony kilogramów wołowiny, konieczne będzie wycofanie jedynie 100 000 kilogramów – tłumaczy John Blanchard.

– Technologia RFID przenika również coraz głębiej do aplikacji utrzymania ruchu – zauważa Leif Ericksen, kierownik działu rozwiązań dla przemysłu w firmie Symbol Technologies. – Przedsiębiorstwa coraz częściej oznaczają swoje aktywa etykietami RFID w celu usprawnienia i poprawy działań związanych z utrzymaniem ruchu w zakładach. Dzięki temu, posługując się przenośnymi czytnikami, panelami, ekipy utrzymania ruchu mogą odczytać z takich etykiet wszystkie niezbędne informacje dotyczące konkretnego urządzenia czy maszyny. Daje to większą pewność co do celowości podejmowanych przez nie działań oraz usprawnia proces zbierania informacji o stanie poszczególnych aktywów zakładu. Kilka pionierskich aplikacji tej metody zastosowano w przemyśle przetwórstwa ropy, gdzie szczególny nacisk kładzie się na inwestycje w nowe aktywa zakładowe – dodaje Leif Ericksen. Postrzega on zdobywającą obecnie rynek technologię RFID jako rozwiązanie, które w przyszłości w wielu zastosowaniach zastąpi popularnie dziś kody kreskowe. – Czymś, co czyni ją niezwykle atrakcyjną, są nowe wyzwania w nowym stuleciu. Kiedyś była ona stosowana jedynie w ograniczonym zakresie w niewielu aplikacjach, jednak obecnie pojawiło się wiele innych, nowych możliwości – dodaje Leif Ericksen.

W opinii Johna Blancharda coraz wyraźniej dostrzegalne jest dążenie do pełnej integracji systemów sfery biznesowej, produkcyjnej, utrzymania ruchu i stworzenia jednego dużego systemu zarządzania procesem produkcyjnym i przedsiębiorstwem. Regulacje prawne dotyczące jakości i bezpieczeństwa produkcji mają kluczowe znaczenie dla tego procesu, a w sposób szczególny wiąże się z tym kwestia precyzyjnego śledzenia i identyfikacji produktów.

– Te wymagania nie mogą być jednak spełnione bez odpowiedniego systemu protokołowania wszystkich działań w formie pisemnej, na papierze – stwierdza John Blanchard. – Konieczne jest również wykształcenie się nowego podejścia do kwestii aplikacji nowych technologii w procesach produkcyjnych – dodaje Leif Ericksen.

– Kluczowym elementem rozwoju nowych technologii w przemyśle jest ich zakup, akceptacja i zrozumienie przez głównych klientów/zainteresowanych: operatorów, techników oraz menedżerów. Wiele firm wdraża bowiem nową technologię dla samej technologii, nie zaś jako element umożliwiający poprawę osiągów produkcji i wyników finansowych kadry zarządzającej – podsumowuje Leif Ericksen.

UR

Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza

Autor:

Bob Vavra, redaktor naczelny Plant Engineering USA