Vyššia priepustnosť, väčšia dostupnosť aktív a nižšie náklady na údržbu

Veracel Celulose, S. A., so sídlom v Bahii vo východnej Brazílii je agropriemyselná spoločnosť, ktorá spája lesnícke, priemyselné a logistické činnosti s cieľom vyprodukovať v priemere 1,1 milióna ton buničiny ročne. Spoločnosť dôsledne pracuje na zlepšovaní dostupnosti svojich technických prostriedkov s cieľom znížiť výrobné straty z neplánovaných odstávok. Tradičné postupy údržby boli pre Veracel neuspokojivé, čo sa v posledných rokoch so stále silnejšou konkurenciou a tlakom trhu prejavilo ešte negatívnejšie.

Na jednej strane sa spoločnosti celulózového a papierenského priemyslu stretávajú s tlakom na cenu v dôsledku klesajúceho dopytu po tradičných papierových výrobkoch. Na druhej strane sa však celosvetovo zvýšil dopyt po papierových obaloch ako udržateľnej alternatíve k plastom a po papierových vreckovkách, čo urýchlila pandémia COVID-19. Tento obrovský nárast dopytu znamená, že výrobcovia celulózy a papiera vyžadujú, aby ich zariadenia fungovali efektívnejšie a dlhší čas bez potreby údržbárskych zásahov.

Pridaná hodnota vďaka predpísanej údržbe

Veracel patrí medzi lídrov vo svojom odbore v prijímaní konceptov a technológií Priemyslu 4.0. V roku 2020 investovali do niekoľkých projektov digitalizácie, aby zlepšili dostupnosť aktív a znížili náklady na údržbu. Veracel, ktorý čelí výrobným stratám v dôsledku neplánovaných zlyhaní, sa spojil so spoločnosťou AspenTech s cieľom zistiť príčiny zlyhávania technických prostriedkov pomocou umelej inteligencie a strojového učenia. Nasadil preskriptívne riešenie údržby AspenTech, Aspen Mtell, ktorého cieľom bolo udržať náklady na údržbu pod kontrolou, zvýšiť dostupnosť a prevádzkovať aktíva s väčšou istotou, aby sa dosiahla vyššia priepustnosť. Aspen Mtell používa historické údaje na pochopenie „normálneho správania“ technických prostriedkov a údaje o údržbe, aby našiel príčiny zlyhania. Nasadzuje agenty strojového učenia na monitorovanie aktív 24 hodín denne, 7 dní v týždni, pričom tie dokážu vygenerovať upozornenia, keď sa zistia potenciálne zlyhania alebo anomálie, a to týždne alebo dokonca mesiace vopred.

Spoločnosť Veracel sa rozhodla najskôr zamerať na svoje najdôležitejšie aktíva – vákuové čerpadlo a hlavné skríningové zariadenie, ktoré mali v minulosti časté výpadky a výrazne prispievali k strate produkcie.

Vákuové čerpadlo zažilo pred svojím výpadkom viacero udalostí s prepätím a vibráciami. Zatiaľ čo tieto udalosti riešil tím údržby, príčina zlyhania bola nejasná – až kým Aspen Mtell nezistil príčinu udalosti 32 dní vopred a jasne neidentifikoval problémy súvisiace s tesniacim krúžkom. Takéto včasné upozornenia umožňujú proaktívnu kontrolu a úpravu parametrov procesu, aby sa predišlo poškodeniu zariadenia a prerušeniu výroby.

Pre spoločnosť Veracel je primárny proces triedenia kritickým krokom pri výrobe celulózy, pretože odstraňuje nečistoty z buničiny. Náhle zvýšenie vibrácií v tomto procese bolo príčinou kontroly zo strany údržbárov. Tieto vibrácie nakoniec viedli k poruche hriadeľa, čo ovplyvnilo výrobnú kapacitu. Aspen Mtell bol schopný identifikovať príznaky porúch tak, že sa pozrel na údaje pred aj za čerpadlom a poskytol tímom údržby upozornenie 47 dní pred možnými problémami. V dôsledku toho sú oddelenia údržby schopné plánovať a uprednostňovať svoj čas na kritických úlohách.

„Aspen Mtell založený na umelej inteligencii a strojovom učení pomohol zlepšiť marže tak, že sa vyhol výpadkom výroby. Včasné varovania umožnili lepšie plánovanie údržby, znížili náklady na údržbu a zvýšili priepustnosť, aby sme dokázali uspokojiť dopyt na trhu. Mtell sa stal dôležitou súčasťou nášho procesu riadenia rizík spoľahlivosti.“

Ari da Silva Medeiros,
riaditeľ pre priemyselné prevádzky, Veracel

Znížené emisie skleníkových plynov a uhlíkovej stopy

Veracel spotrebúva obrovské množstvo energie, tepla a pary na spracovanie dreva – 920 GWh elektriny, pary a tepla sa vyrába na mieste v pomocnom kotle spaľovaním biomasy, ktorá by sa inak vyhodila ako odpad. V regeneračnom kotle Veracel tiež spaľuje čierny lúh, ktorý je vedľajším produktom a využíva sa tiež na výrobu dodatočnej energie a tepla. Pomocné a regeneračné kotly sú pre Veracel nevyhnutné, pretože akákoľvek interne vyrábaná energia podporuje nielen ich vlastnú prevádzku a blízku komunitu, ale tiež pomáha znižovať emisie skleníkových plynov a vplyv na životné prostredie v dôsledku využívania obnoviteľných surovín.

Pomocou existujúcich údajov dokázal Aspen Mtell poskytnúť včasné varovanie pred možnými udalosťami s vysokými vibráciami vo ventilátore regeneračného kotla až 59 dní vopred. Aspen Mtell zaisťuje vyššiu dostupnosť kotla a konzistentnú výrobu energie, čo umožňuje spoločnosti vyhnúť sa nákladným činnostiam núdzovej údržby.

Integrované s existujúcou stratégiou údržby spoločnosti

Veracel má dobre štruktúrovaný program riadenia rizík spoľahlivosti. Integrácia Aspen Mtell s týmto programom viedla k zvýšeniu spolupráce medzi tímami pre spoľahlivosť, údržbu a prevádzku. Upozornenia z Aspen Mtell kontroluje, overuje a váhuje tím spoľahlivosti. Prevádzkové a údržbové tímy dostávajú z Aspen Mtell rôzne odporúčania, na základe ktorých sú schopné okamžite reagovať. Integráciou Aspen Mtell s ich existujúcou stratégiou údržby očakáva spoločnosť Veracel výrazné zníženie výrobných strát a nákladov na údržbu.

Dostupnosť aktív je kľúčom k udržaniu konkurencieschopnosti v odvetviach citlivých na náklady, ako je výroba celulózy a papiera. Použitím údajov z procesov a technologických zariadení Aspen Mtell úspešne detegoval hroziace zlyhania až 59 dní vopred, čo Veracelu poskytlo finančnú výhodu vďaka zamedzeniu výrobných strát. Včasné varovania umožnili lepšie plánovanie údržby, znížili náklady na údržbu a zvýšili priepustnosť, aby uspokojili dopyt na trhu. Aspen Mtell je teraz dôležitou súčasťou procesu riadenia rizík spoľahlivosti spoločnosti Veracel.

Aspen Mtell bol nasadený za menej ako dva mesiace a v súčasnosti monitoruje 12 aktív vrátane čerpadiel, filtrov, triediaceho zariadenia a bubnových umývačiek. Rýchla implementácia vedúca k obnoveniu začiatočnej investície do troch mesiacov umožnila Veracelu rozšíriť riešenie na 20 ďalších aktív, pričom v blízkej budúcnosti chcú toto riešenie ochrany nasadiť v rámci celého podniku.

Globálna spoločnosť vyrábajúca celulózu a papier zlepšuje výrobu a znižuje náklady na údržbu

Tento výrobca celulózy a papiera s celosvetovou pôsobnosťou dodáva vysokokvalitnú celulózu do celého sveta. V roku 2016 si spoločnosť stanovila poslanie predvídať riziká a zlepšovať kapacitu pomocou výkonnej automatizácie. Chcela pochopiť, ako monitorovať stav zložitých zariadení a systémov pomocou dostupných údajov. Avšak vzhľadom na to, že zariadenia disponujú stovkami snímačov a násobne väčším počtom inšpekčných údajov, samotní ľudia by nemohli vykonať včasnú kontrolu. Spoločnosť sa preto rozhodla prejsť na automatizovanú analýzu.

Presnejšie povedané, výrobca papiera sa snažil zvýšiť kapacitu výroby aspoň o 1 % a zároveň znížiť svoje ročné výdavky na celoplošnú údržbu vo výške 20 miliónov USD. Regeneračný kotol utrpel viacero katastrofálnych porúch rúrok, ktoré zatvorili celý závod, pričom spôsobili výrobné straty vo výške 10 miliónov USD a zvýšili ročné výdavky na údržbu. Okrem toho opakované zlyhania tesnenia na podložke bubna spôsobili vyššie náklady na chemikálie.

Pôvodný stav

Na uvedenie tejto vízie do života zákazník zostavil špecifikácie a požiadavky pre takmer tucet svojich pracovných procesov. Tieto požiadavky sa použili nielen na hodnotenie potenciálnych dodávateľov automatizácie, ale aj na vytváranie a testovanie vlastných riešení. Prieskum možných riešení trval takmer tri roky a priniesol určité úspechy. Jedno interne vytvorené riešenie využívajúce index hodnotenia na predpovedanie stavu tesnenia na podložke bubna umožnilo výrobcovi lepšie pochopiť a potvrdiť spôsoby zlyhania. Po roku spoločnosť znížila poškodenie tesnenia podložky bubna zo 135 na 37 porúch na sezónu. To sa rovnalo úsporám nákladov vo výške 500 000 USD na opravy, údržbu, chemikálie a stratu výroby. Poruchy zariadenia sa však stále objavovali nad stanovený plán. Okrem toho interný proces vytvárania modelov technologických zariadení a procesov vyžadoval veľa zdrojov a hodín personálu. Zákazník tak stál pred ťažkým rozhodnutím: pokračovať vo vývoji vlastných nástrojov na monitorovanie údržby alebo zintenzívniť hľadanie riešenia, ktoré by im umožnilo sústrediť sa na výsledky, nie na vytváranie algoritmov. Jednoduchosť budovania agentov Aspen Mtell poskytla tomuto zákazníkovi riešenie a škálovateľnosť, ktoré hľadali.

Spoločnosť ľahko splnila svoje ciele zvýšiť výrobu aspoň o 1 % a znížiť svoje ročné výdavky na údržbu vo výške 20 miliónov USD. S riešením Aspen Mtell dosiahli až 2 % oživenie výroby a 5 – 10 % zníženie výdavkov na údržbu. Papierenská spoločnosť tak získala 11 miliónov USD na prvých troch aktívach, kde nasadila riešenie APM od spoločnosti AspenTech. Vďaka varovaniu o poruche až 69 dní vopred dokázali znížiť neplánované prestoje a riziko bezpečnostných incidentov.

Varný kotol

V porovnaní s plánovanými varovaniami osem hodín pred chybou, ktorá môže reálne ohroziť činnosť zariadenia alebo prevádzky, 69-dňové varovania vopred tento cieľ výrazne prekračuje, čo umožňuje realizovať proaktívne plánovanie opráv. Vďaka tomu, že Aspen Mtell poskytuje lepšie pochopenie premenných, ktoré prispievajú k poruchám, je zákazník schopný lepšie vyvinúť a doladiť viac automatizovaných ovládacích prvkov, čím sa zníži potreba manuálneho zásahu operátora.

Regeneračný kotol

Výrobca buničiny mal v minulosti odstávky prevádzky v dôsledku porúch regeneračného kotla; odstávky trvajúce viac ako osem hodín generujú na jednu udalosť stratu najmenej 10 miliónov USD. Modul Maestro v rámci riešenia Aspen Mtell dokázal veľmi rýchlo identifikovať kľúčové snímače, ktoré prispievajú k upchávaniu ohrievača s následnými priesakmi cez rúrky. Riešenie tiež odhalilo, že existujúci postup operátora prispieva k poruchám tým, že zaťažuje regeneračný kotol, čím sa prevencia v budúcnosti stáva zložitejšou.

Vyfukovač sadzí

Pri detekcii ohybov na hadičkách sa spoločnosti zvyčajne spoliehajú na vizuálnu kontrolu. Táto technika je veľmi subjektívna, čo vedie k nedostatočnému vyhodnoteniu stavu. Schopnosť Aspen Mtell detegovať ohýbanie znamenala pre zákazníka úsporu nákladov takmer 50 000 USD ročne.

Zákazník sa naďalej zameriava na hľadanie riešení na zlepšenie kapacity s využitím moderných nástrojov automatizácie bezpečným, spoľahlivým a efektívnym spôsobom s využitím existujúcich údajov a zdrojov. Rad riešení AspenTech na správu výkonnosti poskytuje základ podpory tohto úsilia.

Vzdialená implementácia MES

Spoločnosť Domtar, popredný poskytovateľ širokej škály produktov na báze buničiny, pridala v roku 2020 medzi svoje prevádzky v Severnej Amerike prvú linku na natieranie vyrábaného papiera, potrebovala však riešenie správy informácií, ktoré by pomohlo riadiť výrobu na tejto linke. Domtar má už skúsenosti z prevádzky MES od spoločnosti ABB na niekoľkých svojich prevádzkach a toto bola nová príležitosť na rozšírenie a aplikáciu funkcií systému v prevádzke na natierané špeciálne papiere.

Rozšírenie interných možností

V závode West Carrollton, OH, USA sa od roku 2008 prevádzkuje výroba natieraného termopapiera. Domtar získal závod v roku 2020, čím sa táto spoločnosť stala jediným veľkým severoamerickým výrobcom termopapiera určeného do registračných pokladníc (POS) pre obchodné prevádzky, ktorý sa zvyčajne používa na účtenky. POS papier mení farbu, keď je vystavený teplu a vytvára „vytlačený“ obrázok, ako sú podrobnosti o tom, čo ste si kúpili v potravinách, a to bez použitia atramentu.

Pridajte viac toho, čo funguje

Domtar sa rozhodol pre riešenie ABB Ability™ Manufacturing Execution System (MES), určené pre celulózový a papierenský priemysel, do svojich nových prevádzok vo West Carrollton. Jedným z dôvodov, prečo si zvolili práve riešenie ABB, bolo, že 20 ich severoamerických pobočiek už používa ABB MES a je riadený ako štandardná aplikácia pre viacero prevádzok.

Prekročenie požiadaviek na funkčnosť v krátkom časovom rozpätí – 100 % na diaľku

Následne po tom, čo Domtar získal prevádzku na výrobu natieraného papiera, boli stanovené prísne a definitívne míľniky, ktoré bolo treba dosiahnuť. Po spoločnom návrhu nových požiadaviek MES bola uzavretá dohoda o tom, aké nové funkcie treba vyvinúť a otestovať v časovom horizonte približne šiestich mesiacov.

Hoci má Domtar svoj vlastný tím firemnej podpory, ktorý pomáha operatívne, bolo to prvýkrát, čo bola implementácia vykonaná s podporou ABB na diaľku z dôvodu obmedzení spôsobených globálnou pandémiou. „Skončili sme tak, že sme mali trojdňovú odstávku, aby sme dokončili implementáciu MES, ako aj ďalších projektov,“ povedal Brent Weeres, hlavný manažér IT Manufacturing Services v spoločnosti Domtar. „Toto bol náš prvý závod, kde spustenie systému prebehlo bez osobnej prítomnosti pracovníkov spoločnosti ABB a napriek tomu to išlo veľmi hladko.“

Tento spôsob nasadenia viedol k významným úsporám nákladov na cestovné, stravné a ubytovanie, čo umožnilo preorientovať zmluvné hodiny na vývoj a konfiguráciu funkcií s nižšou prioritou. „Veľmi rýchlo sme získali ďalšie funkcie, možno už šesť týždňov po spustení, čo uľahčilo tímu na mieste prácu, najmä v oblasti služieb zákazníkom,“ povedal B. Weeres.

Výhody nepretržitých aktualizácií pre viaceré prevádzky

Na viacerých prevádzkach Domtar, ktoré používajú MES od ABB, sa funkcie prekrývajú asi z 80 %. Zostávajúca špecializácia je daná tým, či ide o spracovanie buničiny alebo papiera. Vzhľadom na to, že existuje štandardný systém riadený na úrovni celého podniku, každá funkcia, ktorá je pridaná v jednom závode, môže byť pridaná do iného.

„Keď ABB pridáva novú funkcionalitu, tá je konfigurovateľná,“ hovorí B. Weeres. „Nastavenie konfigurácie možno zapnúť pre príslušné natieracie linky a vypnúť na iných, všetko v rámci jednej spoločnej verzie aplikácie. Takto zdieľame a vylepšujeme nápady týkajúce sa funkčnosti z jedného závodu, ktoré sú k dispozícii pre iné závody.“

Literatúra

[1] Aspen Mtell® Delivers Higher Throughput, Greater Asset Availability and Lower Maintenance Costs for Veracel. Prípadová štúdia, AspenTech. [online]. Citované 30. 4. 2022. 

[2] Global Pulp and Paper Company Improves Production, Cuts Maintenance Costs. Prípadová štúdia, AspenTech. [online]. Citované 2. 6. 2022. 

[3] ABB’s remote MES implementation helps Domtar quickly onboard new coating facility after acquisition. Prípadová štúdia, ABB. [online]. Citované 5. 6. 2022. 

-tog-