"Branschen har praktiserat digitalisering under lång tid, och de senaste förändringarna har gjort dessa applikationer mer kraftfulla, smidiga, bärbara, intelligenta och autonoma. Förändringen i KPI är inkrementell. Den är inkrementell på grund av det inneboende ansvaret som är förknippat med att driva en industrianläggning." säger Sergio Fernandes, chef för kemiska marknader, Yokogawa Electric Corporation, USA. Som sagt, CPI-företag har framgångsrikt implementerat digital teknik i stor skala, delvis driven av övergången från programvara som körs på användarnas bärbara datorer till högpresterande applikationer och verktyg som nu kan nås från praktiskt taget var som helst.
"Cloud computing minskar inte bara CAPEX-budgetar, utan underlättar också tillgängligheten av processmodeller, oavsett om det är stabilt-tillstånd eller dynamiskt, oavsett var slutanvändaren befinner sig", förklarar Fernandes. Han varnar dock för att helt enkelt anta att digitala anläggningsmodeller (oavsett hur avancerade de är) kommer att vara helt korrekta vad gäller beständighet. "Industriprocesser är som levande varelser; de förändras över tiden. Varje matematisk representation, som en digital tvilling, kommer att behöva anpassas och kommer att behöva uppdateras genom någon mekanism. Utöver det kommer de så småningom att kasseras. Tillgångar behöver uppmärksamhet; de kräver budgetar för att behålla sin hållbarhet." Han tillade. När man ser framåt, i takt med att fler och fler autonoma verksamheter dyker upp, innebär det trängande behovet av säkerhet och hållbarhet att en smart balans måste uppnås när man använder mänskliga resurser tillsammans med digitala tillgångar. "Farliga fältoperationer, repetitiva åtgärder, rutinaktiviteter, onödiga resor på fältet för att samla in data och inspektioner i farliga områden kan hanteras på ett intelligent sätt med nuvarande och kommande teknologier," sa Fernandes och tillade att att överväga-spets digital teknik som nyckelelement kan möjliggöra en arkitektur som kan inspirera till mer mänsklig innovation. "Detta innebär ständiga förbättringar av verksamheten, förutseende om nästa störning och optimering av hela värdekedjan." Tillgångar behöver uppmärksamhet; de kräver budgetar för att behålla sin hållbarhet." tillade han.
Att helt enkelt utveckla en mjukvarumodell som efterliknar en process eller tillgång räcker inte för att verkligen utnyttja digitaliseringen, upprepade Rajesh Ramachandran, digital chef, ABB Industrial Automation). . "Trenden går nu mot industriella AI-tvillingar för digitala fabriker. Han tittar på hur man förutsäger och optimerar en uppsättning resultat för ett specifikt processscenario,{2} vilket ger olika möjligheter}. parametrar." Ramachandran betonar att ren AI inte kan tillämpas "som den är" i industriella miljöer, och att motsvarande domänexpertis är avgörande för att fånga komplexiteten i CPI-operationer, såsom kvalitetsspecifikationerna för slutprodukten eller förekomsten av råmaterialföroreningar. expertis, som kulminerade i en kognitiv modell byggd genom ABB Ability Genix mjukvaruplattform. "Genix bygger vad vi kallar en kognitiv modell som är baserad på data från olika system som underhåll, instrumentering och laboratorier. Det betyder att det hjälper till att göra mer exakta optimeringsförutsägelser." Ramachandran lade till. Med hänvisning till branschstudier som visar att en anläggning i genomsnitt bara använder cirka 27 procent av sin produktionsdata, medan ingenjörer kan spendera så mycket som 80 procent av sin tid på att aggregera data, förutspådde han att avancerade mjukvaruplattformar kommer att hjälpa till att mildra dessa obalanser. . Han säger: "Vi tar oss i grunden till områden där vi måste låsa upp värdet i oanvänd produktdata och även tillämpa maximal industriell skala, samtidigt som vi använder industriella data, förenkla data integration."
Intelligenta plattformar
Det råder ingen tvekan om att industriella mjukvaruplattformar har blivit kraftfullare de senaste åren eftersom fler företag använder industriell AI och maskininlärning (ML) användningsfall. "På CPI integreras den här typen av teknik överallt från tillgångsövervakning till AI-drivna drönare än vad som kan inspektera ficklampstorn", förklarar Michael Tworzydlo, produktchef för analys och maskininlärning på Emerson (St. Louis, Missouri; ). Men Tworzydlo varnar för att över-hypa värdet av dessa lösningar utan att behöva inse vikten av de underliggande tekniska principerna. "Som kemiingenjör är grunderna i analys det bästa stället att börja med, med början med en principbaserad-analys, till exempel en baserad på hur en värmeväxlare fungerar. Organisationen kan sedan utvecklas till ett data-drivet tillvägagångssätt med hjälp av AI eller ML för att hantera mer komplexa processer eller anläggnings-omfattande problem." tillägger han.
"AI erbjuder kraftfulla funktioner för CPI, men vissa företag kämpar för att tillämpa det effektivt på tillverkningsutmaningar", förklarar Paige Morse, chef för kemisk industri på Aspen Technology, Inc.
Som ett svar har AspenTech börjat bädda in AI i sin mjukvaruplattform, vilket gör den mer tillgänglig för ett bredare spektrum av användare. Morse konstaterar att kombinationen av första-principer med AI och domänexpertis kan hjälpa användare att bättre hitta lösningar på komplexa problem som måste lösas i CPI. AspenTechs hybridmodelleringsmetod hjälper inte bara till att skapa processer för mjuka motorer, utan också att optimera processer, utan även att optimera mjuka sensorer. nya enheter och integrera tillgångsövergripande processer. "Ingenjörer kan nu använda ML för att bygga rika modeller snabbare för att utnyttja simulerings- eller anläggningsdata, lägga till domänexpertis, ingenjörsprinciper och designbegränsningar utan djupgående process- eller AI-expertis." sa Morse. Med många CPI-företag som står inför legitima kompetensbrister.
Förutom att övervinna arbetsklyftor är hållbarhetsinitiativ ett annat område där KPI-företagen alltmer koncentrerar sina ansträngningar. "Kostnadsbesparingar har drivit på mycket av digitaliseringsarbetet, men företag fokuserar alltmer på avfall och utsläpp från produktionsenheter, samt effektivitets- och tillförlitlighetsförbättringar", säger Morse. Hon tillade: "Processsimulering hjälper till att utveckla nya produkter för att möta den cirkulära ekonomins tekniska utmaningar, såsom molekylär återvinning och ny plastdesign, och med hjälp av AI går denna aktivitet ännu snabbare."
Denna förutsägande förmåga är allt mer värdefull för att uppnå specifika hållbarhetsmål, som att minska luftföroreningar genom system för övervakning av förutsägande utsläpp (PEMS), en funktion av Emersons Plantweb Optics Analytics-plattform, som distribuerar ML- och AI-kontrollsystem genom digitala tvillingar och distribuerad distribution. "Som en del av Plantweb Optics Analytics kan vi använda PEMS för att övervaka och uppskatta utsläpp med hjälp av modeller och ML för att dynamiskt optimera produktionen. Med PEMS kan vi bygga modeller baserade på processvariabler som har fångats in och använda dem för att uppskatta och i slutändan minska utsläppen." sa Tworzydlo.
Programvarans engagemang för en hållbarhetsstrategi går utöver utsläppsminskningar. "Uppkomsten av hållbara produkter och teknologier som återanvänder eller återvinner avfall är ett tillväxtområde för processimuleringsindustrin, vilket ger nya problem och nya möjligheter. De senaste tillväxtområdena inkluderar processsimulering av hampaderivat (t.ex. CBD) och förbättrade kontroller för att minska utsläppen från förnybara energikällor. Mer etablerade tillväxtområden för den kemiska industrin inkluderar biobränslen, återvinning av metanlösningsmedel, CO2." säger David Hill, teknisk supportchef på Chemstations Inc. (Houston, TX).
Hill tror att möjligheterna för processimulatorer kan förbättras ytterligare genom att skapa produktallianser med tillhörande verktyg i CPI. Ingenjörer som inte använder processimulatorer har ofta verktyg som kan förbättras genom att ansluta till en processimulator. Inom säkerhets-, processtyrnings- och energisektorerna finns det många möjligheter att kombinera industri-specifika verktyg med de första principerna för processimulatorer." Hill förklarar. Hill tror att drivkrafterna bakom detta skifte kommer att omfatta minskning av växthusgaser, energieffektivitet, optimering baserad på termodynamiska modeller, förbättrad säkerhet och möjligheter till avancerad processkontroll med rigorös simulering.
Extended Reality
Förutom AI och ML, ökar även mjukvaruplattformarna för augmented reality (AR) och virtuell verklighet (VR) i industrianläggningar-och ser inte längre denna typ av teknik som en "lyx"artikel, mer användbar än någonsin tidigare på grund av den ökande efterfrågan på distansarbete under pandemier. Med färre människor i växter på grund av pandemier, anammar växter ny teknik. ar kan överlägga digital information till den verkliga världen, vilket hjälper arbetarna att bättre utrusta arbetarna att utföra uppgifter mer exakt och med större lätthet." säger Emersons Tworzydlo. När det gäller framtiden för AI, ML och AR i industriell programvara kommer användningsfallen säkerligen att fortsätta att expandera. "Det finns fortfarande en enorm mängd outnyttjad potential. Så småningom kommer vi att börja rikta in oss på vissa processer för autonoma operationer.
Aveva Group plc (Cambridge, Storbritannien;) har paketerat AR- och VR-koncept i sin Extended Reality (XR)-plattform, och en särskilt relevant applikation är personalutbildning. " Det uppslukande utbildningssystemet XR gör det möjligt för företag att fånga och behålla operativ kunskap när de ersätter pensionerande erfarna operatörer, vilket är avgörande för anläggningens säkerhet och prestanda. Denna beteendeutbildning kan tillämpas inte bara på operatörer i frontlinjen, utan även på ingenjörer, tekniker och räddningspersonal." Ravi Gopinath, Avevas Chief Cloud Officer och Chief Product Officer, förklarar.
I ett exempel fokuserar ett operatörsutbildningsprogram utvecklat av Aveva och Shell (Haag, Nederländerna;) på beteendeträning för att förbättra säkerhetskompetenser. Gopinath säger: "Med detta beteendemässiga tillvägagångssätt kan en operatör utbildas och utvärderas om hur han eller hon presterar när han eller hon står inför en oavsiktlig eller episodisk situation i anläggningen. " I ett annat projekt skapade Aveva och Adnoc; realtidsdatavisualiseringscenter som samlar mer än 120 instrumentpaneler och 200 000 datapunkter på en enorm interaktiv skärm.
Träning är bara en del av XR:s potential. AR-surfplattor-baserade applikationer har använts för att stödja fältpersonal. Att använda AR för att koppla ihop VR-modeller i surfplattorna med-realtidsinformation och guidade processer möjliggör bättre utförande av arbetet, vilket undviker kostsamma haverier och minskar stilleståndstiden. När man ser framåt tror Aveva att XR-mjukvaran dramatiskt kan förbättra anläggningsdesign och kapitalprojektkonstruktion genom att automatisera importen av traditionella 3D-anläggningsmodeller som används under designfasen till en uppslukande miljö. Konverteringen till VR gör att du kan granska och förbättra ergonomisk design redan innan du köper någon utrustning. Virtuella fabriker kan existera helt och hållet i molnet, vilket möjliggör samarbete mellan ingenjörer som finns i olika
kontor eller till och med på olika kontinenter.
Med utvecklingen av datainsamlings- och analysmöjligheter i programvaruplattformar har kraftfulla analysverktyg blivit själv-betjäningsverktyg, skalbara besluts-verktyg för kemiingenjörer, som kan bygga in sin egen funktionalitet i dem för att möta specifika processbehov. med sådana demokratiserade verktyg kan ingenjörer utnyttja data från olika källor - till exempel batchkvalitet, etc. - för att förbättra kvaliteten på sina processer, säger Edwin van Dijk, vice vd för marknadsföring på TrendMiner NV. data från olika källor-till exempel kan labbinformation såsom batchkvalitet kopplas till processdata med underhållsdata. ). "Målet med att demokratisera analyser är att göra handlingskraftiga insikter tillgängliga för alla operatörer, från kontrollrummet till styrelserummet, för att fatta datadrivna-beslut. Genom att tillåta användare att skapa sina egna instrumentpaneler baserat på fingeravtryck, monitorer och kontextuella vyer går detta utöver traditionella instrumentpanelsverktyg." tillägger Van Dijk. Med mönsterigenkänning kan ingenjörer undersöka operativ prestanda och använda bra operativt beteende för processövervakning. Dessutom kan de skapa sina egna "mjuka" sensorer för att övervaka vad fysiska sensorer inte kan mäta, såsom produktkvalitetsspecifikationer.
En framgångssaga för dataanalys som rapporterats av TrendMiner involverade en kemisk fabrik som upplevde "klibbiga" ventiler, vilket orsakade förseningar mellan förändringar i ventilutmatning och faktiska processsvar. Anläggningen ville exakt identifiera när ventilerna började fastna, så de behövde övervaka eventuella avvikelser från ventilernas förväntade beteende och sedan hitta parametrar som skulle skilja mellan "normala" och "dåliga" ventilbeteendeperioder. Dessa parametrar omvandlas till varningar för ut-ur-fasbeteende, vilket inte bara meddelar personal om situationen, utan också föreslår möjliga korrigerande åtgärder. "Genom att använda en själv-analyslösning kan processexperter använda inbäddade AI- och ML-funktioner för att söka efter och validera produktionsproblem med-höghastighetstrendanalys.
Även med det stora utbudet av tillgängliga mjukvaruverktyg och mobilappar att välja mellan, kräver vissa användare fortfarande mycket anpassade lösningar för att möta deras affärsbehov. Det är här-intern programmering kan komma väl till pass. JourneyApps (Denver, Colo.;) erbjuder en hög-produktiv applikationsutvecklingsplattform som användare kan använda för att skriva sin egen kod, vilket resulterar i mer sofistikerade applikationer än icke-kodade applikationsbyggare, som är inriktade på icke-programmerare och begränsade av sina programmerare. simplicity.JourneyApps VD Conrad Hofmeyr förklarar, "Detta innebär att avancerad affärslogik, tekniska beräkningar och mycket anpassade integrationer kan implementeras på några dagar utan mycket av den traditionella omkostnaden förknippad med mjukvaruutveckling." Han noterar att de flesta kemiingenjörer har en viss grundläggande erfarenhet av kodning eller skript genom verktyg som Microsoft Excel Macros eller Matlab, så att de snabbt kan förvärva de programmeringskunskaper som krävs för att använda JourneyApps för att bygga komplexa applikationer som automatiserar och effektiviserar affärskritiska funktioner.
Till exempel nämner Hofmeyr ett exempel på ett CPI-företag som byggde en dedikerad applikation för Standard Operating Procedures (SOP), som gjorde det möjligt för dem att gå från manuella kalkylarksbaserade-SOP:er till en centralt-kontrollerad applikation med ett komplett revisionsspår. Han tillägger, "Den anpassningsbarhet som JourneyApps erbjuder innebär att individuella globala applikationer kan skräddarsys för lokala behov och systemintegration." I ett annat exempel utvecklade en kemikalietillverkare från oljefält sin egen applikation för att köra viktiga beräkningar som används i sin dagliga fältrapporteringsprocess och generera rapportdokumentation, allt medan användarna var offline på en offlinesida.
Ser framåt mot slutanvändning
Avancerad mjukvara och modelleringsverktyg möjliggör också skapandet av säkrare, effektivare slutprodukter inom många industrier, från bildelar till läkemedel. Ett exempel är BASF SE:s (Ludwigshafen, Tyskland) Ultrasim datorstödda teknikverktyg (CAE) för modellering av materialegenskaper, som nyligen uppdaterades för att modellera en rad termoplastiska elastomermaterial från initial bearbetning genom hela bearbetningskedjan. slut-användningsprodukter. Kortare utvecklingscykler och aggressiva scheman sätter ökande press på ingenjörer att få produktprestanda rätt första gången. Prediktiv noggrannhet är en stor fördel", säger Marios Lambi, CAE-teamledare för simuleringsteknik vid BASF i Nordamerika. Ultrasim kan simulera initial och cyklisk belastning av komponenter, vilket har visat sig vara särskilt viktigt för bildelar tillverkade av elastomeriska material. "Från krypbelastningar till krocksimuleringar, termiska belastningar och vibrationsprocessegenskaper, tillsammans med{8} beskrivna processimuleringsegenskaper,{8} som såväl som numeriska optimeringsverktyg som möjliggör snabba geometriförändringar, lägger Ultrasim grunden för att designa bättre delar", betonar Andreas Wüst, BASF Europes teamledare för dynamisk strukturanalys.
"Materialkarakteriseringsprocessen genererar nödvändiga data som är väsentliga för noggrannheten i att förutsäga beteendet hos verkliga delar. Teoretiska materialmodeller som utvecklats för detta ändamål kalibreras med hjälp av information från tester, vilket säkerställer att beteendet representerar verkliga tillverkningsförhållanden och inte en godtycklig situation som är långt ifrån verkligheten." "Det finns många exempel på komplexa sammansättningar, som bilsäten, som har krocktestats, och dessa tester utnyttjar Ultrasims prediktiva noggrannhet för att skapa delar som klarar valideringstester. Detta förkortar utvecklingscykeln dramatiskt och minimerar, om inte eliminerar, designförändringar", tillade han.
För hög-precisionsprocesser i FoU- och kvalitetsanalyslabb för biofarmaceutiska ingredienser och andra hög-värdeprodukter kan programvaruverktyget användas för en mängd olika syften, inklusive att underlätta en organisations affärskontinuitetsplan (BCP). "Effektiv mjukvara kan mildra eller minska antalet risker under laboratorieinspektioner, förenkla händelsetestning och automatiserade procedurer kan användas för att återställa system efter en händelse eller till och med hålla dem igång under en händelse, vilket allt förenklar BCP", säger Thermo Fisher Scientifics Enterprise Chromeleon Data Systems Organization, produktmarknadschef för kromatografiprogramvaran Barbara van Cann. Dessutom kan labb ytterligare förenkla BCP genom att välja integrerad programvara som inkluderar ett kromatografidatasystem (CDS), ett laboratorieinformationshanteringssystem (LIMS) och ett laboratorieexekveringssystem (LES). van Cann förklarar, "Både LIMS- och CDS-mjukvaran bör tillhandahålla verktyg för att övervaka instrumentets kvalificering, kalibrering och underhåll, även för enskilda delar." CDS-programvara bör också hjälpa användare att hantera analytiska oegentligheter och ha inbyggda-nätverksfelsäkra funktioner för att säkerställa att driften kan fortsätta utan mänsklig inblandning i händelse av ett nätverksavbrott. För att undvika störningar på grund av cybersäkerhetsattacker rekommenderar Van Cann att labb kör CDS och annan programvara på en domän som är separat från huvudkontorets system för att undvika potentiella cyberhot från e-e-post. Slutligen, som med alla automatiserade mjukvaruplattformar, måste den mänskliga faktorn beaktas. "Mänskliga fel kan minimeras genom att kontrollera vad användare kan och inte kan göra, och vad de kan och inte kan komma åt. Dessutom bör verktyg finnas tillgängliga för att automatisera så många åtgärder som möjligt. Mindre användarinteraktion är lika med mindre fel." Hon tillade.