Rosnąca potrzeba maksymalnego wykorzystania istniejących zasobów, w tym zwiększenia wydajności, sprawiła, że urządzenia rezerwowe coraz częściej są włączane do procesu produkcyjnego i stają się jego kluczowym elementem. W przypadku braku redundancji urządzeń, kierownicy zakładów muszą maksymalizować niezawodność maszyn, stosując monitorowanie stanu w celu uzyskania wglądu w ich kondycję i identyfikacji pojawiających się problemów.
Monitorowanie pozwala zwiększyć dostępność urządzeń, wydłużyć żywotność komponentów oraz średni czas między przeglądami, poprawić wydajność produkcji oraz ogólną efektywność operacyjną zakładu i procesów. Monitorowanie stanu było zazwyczaj stosowane w odniesieniu do maszyn kluczowych dla procesu produkcyjnego, których awaria mogłaby spowodować poważne konsekwencje lub stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa lub środowiska. Ponieważ niemal każde urządzenie w pewnym stopniu wpływa na proces produkcyjny i jego efektywność, coraz częściej podnoszony jest argument za monitorowaniem wszystkich urządzeń produkcyjnych, w tym również tych należących do infrastruktury pomocniczej.
Systemy monitorowania stanu maszyn dostępne są od dziesięcioleci – od urządzeń przenośnych wspierających okresowe pomiary w ramach tras inspekcyjnych, po systemy diagnostyki online, umożliwiające ciągłe monitorowanie z funkcjami predykcyjnymi oraz systemy ochrony online, zapewniające bezpieczną pracę krytycznych zasobów, takich jak na przykład turbiny. Rozwój technologii bezprzewodowych oraz analityki brzegowej z wykorzystaniem sieci neuronowych znacząco zwiększył możliwości tych rozwiązań. Bardziej niezawodne algorytmy diagnostyczne i zaawansowane narzędzia analityczne wspierają skuteczne strategie utrzymania predykcyjnego i poprawę wydajności operacyjnej.
Nowoczesne systemy monitorowania stanu maszyn
Nowoczesne systemy monitorowania stanu zapewniają zdalny dostęp, co wspiera scentralizowane zespoły utrzymania ruchu, pozwala na wymianę doświadczeń oraz przynosi oszczędności zakładowi. Zdalny dostęp do danych pozwala ekspertom zarządzać wieloma zasobami i prowadzić diagnostykę w skali całego przedsiębiorstwa. Zapewnia to spójność analiz i działań korygujących, identyfikację trendów oraz umożliwia implementowanie najlepszych praktyk, a także minimalizuje konieczność przemieszczania się na duże odległości. Jest to szczególnie ważne w przypadkach takich jak jednostki typu FPSO oraz rurociągi i kopalnie.
Dzięki mniejszej liczbie koniecznych interwencji i bardziej ukierunkowanym działaniom systemy monitorowania urządzeń zmniejszają również koszty utrzymania. Ciągła widoczność stanu aktywów może pomóc w zastąpieniu prewencyjnego utrzymania ruchu, ograniczeniu niepotrzebnych przeglądów sprawnych maszyn oraz wydłużeniu średniego czasu między naprawami. Ponadto analiza źródła problemu i wiedza na temat tego, który element uległ awarii, poprawia diagnostykę i pozwala na ukierunkowane naprawy zamiast praktyk opartych na metodzie prób i błędów.
Kolejną zaletą monitorowania jest zmniejszenie ryzyka. Ryzyko stanowi wynik połączenia dwóch elementów: skutków (skali oddziaływania) oraz prawdopodobieństwa ich zaistnienia. Rozważmy poważną awarię sprężarki, której potencjalne konsekwencje to nawet 2,5 miliona złotych w postaci strat produkcyjnych, kosztów pracy i części zamiennych. Jeśli takie zdarzenie występuje raz na 10 lat, oznacza to roczne ryzyko na poziomie około 250 tysięcy złotych. Jeśli zdarza się co dwa lata, roczne ryzyko wynosi ponad 1,2 miliona złotych. Zastosowanie systemu monitorowania stanu urządzeń umożliwia identyfikację i rozwiązanie problemu na wczesnym etapie, zapobiegając awarii. W takim przypadku inwestycja w system monitorowania zwróci się bardzo szybko.
Obliczanie zwrotu z inwestycji
Przy wyborze odpowiedniego systemu monitorowania kluczowe jest określenie celów, takich jak poprawa wydajności, niezawodności i dostępności maszyn, redukcja kosztów utrzymania ruchu oraz zapewnienie bezpieczeństwa. Jasno zdefiniowane priorytety pozwalają działowi utrzymania ruchu opracować plan działania ukierunkowany na szybki zwrot z inwestycji oraz maksymalizację zysków w cyklu życia urządzeń.
Diagnostyka w czasie rzeczywistym może znacznie zmniejszyć koszty wynikające z awarii maszyny, a także częstotliwość ich występowania. Wartość, jaką system monitorowania przynosi organizacji, mierzona jest w następujących kategoriach:
- Okres zwrotu – wyrażony w czasie.
- Zwrot z inwestycji (ROI – return on investment) – korzyść uzyskana w określonym przedziale czasowym podzielona przez koszt inwestycji, wyrażona jako procent lub wskaźnik.
Skutki awarii maszyny mogą mieć różny stopień krytyczności, który należy uwzględnić w kalkulacji (ROI):
- Normalna strata – koszty utraconej produkcji oraz utrzymania ruchu realizowanego podczas planowanego postoju.
- Prawdopodobna maksymalna strata – koszty napraw lub zakupu nowej maszyny oraz związane z tym straty produkcyjne.
- Maksymalna możliwa strata – poważne uszkodzenie maszyny, utrata produkcji, zagrożenie dla zdrowia, bezpieczeństwa i środowiska, zanieczyszczenie środowiska, pożar lub przerwanie działalności operacyjnej.
Przy analizie zasadności inwestycji w system monitorowania stanu wiele opracowań zakłada, że system działa „idealnie” i zawsze z odpowiednim wyprzedzeniem informuje użytkownika o zbliżającej się awarii. Nie zawsze tak jest, a przeoczone awarie, jak również fałszywe alarmy, generują dodatkowe koszty. Koszty te również powinny być uwzględnione w kalkulacji, ponieważ wydłużają okres zwrotu inwestycji. Należy rejestrować dokładne koszty związane z każdą wykrytą lub niewykrytą awarią. Łatwo jest zsumować koszt zakupu systemu monitorowania stanu, znacznie trudniej natomiast oszacować korzyści, jakie przynosi jego wdrożenie. Punktem wyjścia do oceny ROI jest analiza czterech obszarów, które w największym stopniu wpływają na oszczędności:
- Utrata produkcji – straty wynikające z utraty produkcji mogą być trudne do oszacowania i zależą od rodzaju maszyny. Zapobieganie awarii łożyska i wyeliminowanie pięciogodzinnego przestoju maszyny wytwarzającej produkty o wartości około 50 tysięcy złotych na godzinę, może przynieść oszczędność rzędu 240 tysięcy złotych. Zwiększona dostępność maszyn odpowiada średnio za 60–70% wszystkich oszczędności wynikających z wdrożenia systemu monitorowania stanu.
- Koszty pracy – łatwe do obliczenia na podstawie rejestrów napraw z ostatniego roku. Liczba godzin poświęconych na planowane i nieplanowane naprawy daje realistyczny obraz potencjalnych oszczędności po wdrożeniu systemu monitorowania stanu.
- Koszty części zamiennych – dla elementów takich jak zawory, łożyska czy przekładnie są proste do wyliczenia, ponieważ znajdują się w dokumentacji serwisowej maszyny.
- Zużycie energii – trudniejsze do oszacowania, ponieważ zazwyczaj nie jest uwzględniane w dokumentacji utrzymania. Jednak poprawa wydajności maszyn może znacznie obniżyć koszty energii.
Poniższe realne przykłady pokazują, jakie oszczędności można osiągnąć dzięki zastosowaniu monitoringu maszyn:
- Wiodąca firma z branży naftowej i gazowej wdrożyła predykcyjne utrzymanie ruchu dla krytycznych urządzeń wirujących, w tym pomp, sprężarek i turbin. Dzięki zastosowaniu analizy drgań i innych technik diagnostycznych udało się zredukować nieplanowane przestoje o 36%, wydłużyć cykl życia aktywów o 25% oraz osiągnąć zwrot z inwestycji na poziomie 10:1.
- Globalna firma produkcyjna wdrożyła predykcyjne utrzymanie ruchu na wszystkich liniach produkcyjnych, stosując czujniki, analizę danych i uczenie maszynowe. Inwestycja ta przyniosła 45% redukcję nieplanowanych przestojów, 30% redukcję kosztów konserwacji i zwrot z inwestycji w wysokości 7:1 w ciągu pierwszego roku.
- Przedsiębiorstwo energetyczne wdrożyło predykcyjne utrzymanie ruchu dla turbin wiatrowych, wykorzystując technologię analizy drgań, oleju i termowizji. Program ten zwiększył dostępność turbin o 8%, zmniejszył koszty konserwacji o 15% oraz zapewnił zwrot z inwestycji w wysokości 5:1 w ciągu trzech lat.
Zrozumienie planu zwrotu z inwestycji
Tempo zwrotu z inwestycji w monitorowanie stanu maszyn zależy od takich czynników jak: rodzaj wytwarzanych produktów, typowe przestoje w zakładzie oraz jakość wdrożenia i wykorzystania systemu. Przedsiębiorstwa mogą uzyskać zwrot kosztów poniesionej inwestycji w ciągu zaledwie kilku miesięcy, osiągając nawet pięciokrotny zwrot w skali roku. W niektórych przypadkach zapobieżenie nawet jednej poważnej awarii może pokryć całkowite koszty systemu w ciągu kilku tygodni.
Doświadczenie pokazuje, że monitorowanie stanu technicznego zazwyczaj zapewnia szybki zwrot z inwestycji, szczególnie podczas uruchamiania nowych maszyn lub po poważnych remontach czy zmianach procesów. Jednak w niektórych przypadkach w ciągu pierwszych kilku miesięcy zwrot z inwestycji może być niewielki lub żaden. Koszty konserwacji mogą początkowo wzrosnąć, ponieważ wykrywane i korygowane są nowe, wcześniej niezidentyfikowane problemy. Po ich rozwiązaniu koszty konserwacji zazwyczaj znacząco spadają i utrzymują się na niskim poziomie. Podczas opracowywania planu działania dotyczącego zwrotu z inwestycji ważne jest uwzględnienie tych potencjalnych dodatkowych kosztów.
Plan powinien uwzględniać nie tylko początkową inwestycję w sprzęt i oprogramowanie, ale także całkowity koszt posiadania, w tym:
- inżyniering i instalację systemu,
- dodatkowe oprzyrządowanie terenowe, czujniki i okablowanie,
- licencje na oprogramowanie do monitorowania i diagnostyki,
- szkolenia i wsparcie zewnętrzne,
- bieżącą konserwację systemu, wymianę czujników i aktualizacje oprogramowania.
Wprowadzanie zmian
Jeśli po kilku miesiącach system nie przynosi zwrotu, konieczne może być wprowadzenie korekt. Obejmują one prawidłową konfigurację alarmów i warunków wyzwalających, pełne wykorzystanie funkcji systemu oraz zapewnienie, że dane diagnostyczne trafiają do właściwych osób. Nawet drobne czynniki mogą stać się istotnymi przeszkodami w osiągnięciu ROI. Operatorzy muszą również nabrać zaufania do powiadomień i wyników diagnostycznych generowanych przez system. W przypadku wykrycia nietypowego, lecz niekrytycznego zdarzenia, operatorzy powinni unikać natychmiastowego zatrzymywania produkcji w celu wykonania obsługi serwisowej. Zamiast tego zaleca się dalsze monitorowanie maszyny i jej eksploatację tak długo, jak to możliwe, najlepiej do planowanego przestoju. Proaktywne utrzymanie oparte na stanie technicznym polega na podejmowaniu działań tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Jednakże w sytuacji, gdy nowe części lub komponenty ulegają awarii na wczesnym etapie eksploatacji, może być konieczne natychmiastowe zatrzymanie maszyny, aby uniknąć poważnych konsekwencji.
Ocena krytyczności i zwrot z inwestycji
Podczas opracowywania planu zwrotu z inwestycji należy ocenić krytyczność maszyn, aby określić odpowiednią technologię i zakres monitorowania. Im bardziej istotne jest urządzenie, tym bardziej zaawansowanego systemu monitoringu wymaga, takiego, który potrafi odpowiednio wcześnie wykryć wszelkie nieprawidłowości i zapobiec kosztownym awariom. Ocena krytyczności zwykle opiera się na analizie ryzyka, łączącej prawdopodobieństwo wystąpienia awarii z jej potencjalnym wpływem na proces. Należy wziąć pod uwagę kilka czynników, w tym układ procesu (jedna linia vs wiele linii), zyski na godzinę (w przypadku utraty produkcji), możliwość utrzymania działalności po awarii, koszty wyłączenia i uruchomienia, redundantny sprzęt, średni czas naprawy, historię awarii oraz dostępność specjalistów i narzędzi serwisowych.
Zapewnienie sukcesu
Monitorowanie stanu ma kluczowe znaczenie dla utrzymania konkurencyjności na rynku globalnym. Osiągnięcie sukcesu zaczyna się od planu zwrotu z inwestycji, który można opracować wewnętrznie lub we współpracy z dostawcą rozwiązań. Rozpoczęcie wdrożenia bez takiego planu często prowadzi do złożonych, kosztownych inwestycji, które nie przynoszą oczekiwanych korzyści. Dobrze zaplanowane rozwiązanie do monitorowania stanu urządzeń zapewnia szybki zwrot z inwestycji, działa wydajnie przez cały cykl życia i, w razie potrzeby, może być rozszerzone na inne aktywa.
Emerson.com/ConditionMonitoring
Francisco Grela – dyrektor ds. rozwiązań niezawodnościowych w Europie w firmie Emerson
###
Źródła: Corporate Finance Institute, Harvard Business School, Deloitte Consulting, AIChE (The Global Home of Chemical Engineers), National Academy Press, Reliabilityweb, National Institutes of Health (NIH), wewnętrzne materiały firmy Emerson.
