Стратегічні цілі виробників цукру є простими: забезпечити конкурентоспроможну продукцію, підвищити рентабельність та розвивати свій бізнес в умовах зростаючої глобалізації та підвищеної вартості розвитку продукту.

Для досягнення цих цілей кожен виробник цукру стикається зі специфічними виробничими проблемами, однак існує декілька спільних для всіх, включаючи необхідність:

1. Оптимізувати споживання енергії.

2. Зменшити матеріальні затрати та витрати на інвентаризацію.

3. Збільшити використання активів та пропускну спроможність.

4. Покращити якість і зменшити варіації, помилки та відходи.

5. Максимізувати відстежуваність матеріалу та виконувати вимоги регулювання.

6. Використовувати живе робоче середовище.

Отже, як ми збираємося використовувати цифрову обробку, щоб компанії, відділи, функції та можливості стали більш однорідними? Як нам краще інтегрувати горизонтальні та вертикальні ланцюги вартості? Схема 1.

Як можна забезпечити компанії, розвиток універсальних інтегрованих мереж даних і забезпечувати справді автоматизовані ланцюжки вартості? А що більш важливо, як все це може допомогти вирішити шість проблем галузі, що згадуються вище?

Цифровий аналіз допомагає створити надійну платформу для збору даних про процес.

Це спрямовано на вертикальну інтеграцію, переконавшись, що дані процесу використовуються для прийняття управлінських рішень на підприємстві. Горизонтальна інтеграція підключає завод до цифрового світу, з'єднуючи постачальників і клієнтів.

Початкова точка полягає у тому, щоб точно зрозуміти, що мається на увазі під «автоматизацією» і як різні рівні контролю процесу впливають як на горизонтальні, так і на вертикальні ланцюжки вартості, що знаходяться у цукровому виробництві.

Розуміння автоматизації

Автоматизація допомагає виконувати безперервні та повторювані дії, усуваючи ручні операції.

Автоматизація процесу виробництва цукру призводить до високої врожайності, рівномірної якості та високої утилізації заводу з мінімальними втратами енергії та впливом на навколишнє середовище.

Існують, як правило, три типи автоматизації:

• Наглядовий контроль та збір даних (НКТЗД): охоплює автоматизацію мережі для додатків, що потребують надійного зв'язку зі стійким покриттям, але не обов'язково високої швидкості та обчислювальної потужності.
• Програмований логічний контролер (ПЛК): розгорнутий для застосувань на заводських приладах автоматизації з високими вимогами до швидкості та багатьма дискретними каналами вхідного та вихідного зв'язку.
• Система розподіленого управління (СРУ): використовується у програмах автоматизації процесів, що вимагають високої обчислювальної потужності. Є два види СРУ – основна автоматизація та розширена автоматизація. Основна автоматизація масштабована та проста у використанні, забезпечує автоматизацію для малих і середніх операцій. Розширена автоматизація призначена для клієнтів, які хочуть вийти за межі класичної сфери діяльності СРУ, що включає у себе багатий контекст інформації, за допомогою якої можна інтегрувати телекомунікацію, відео та/або енергопостачання, а також автоматизацію процесу.

Крім того, автоматизація базується на трьох класах польового обладнання:

• Вимірювальні продукти є очима та вухами операції
• Продукти активації: наприклад, двигуни та приводи – це м'язи, які щось виконують у полі
• Системи контролю – це мозок і нервова система рослини

Для розробки автоматизованого інтерфейсу між підприємствами та системами управління стандарт ANSI / ISA-95 або ISA-95 був введений та застосований у всіх галузях промисловості та в усіх різновидах процесів, таких як пакетні, безперервні та повторювані.

Ціль ISA-95 полягає у забезпеченні послідовної термінології, яка є основою для зв'язку постачальників та виробників. Існує п'ять рівнів ISA-95 (рівень від 0 до 4), показано на Схемі 2.

ISA-95 – Рівні автоматизації

 Рівень 0  Рівень поля. Визначає фактичні фізичні процеси та містить польові пристрої, такі як датчики потоку та температури, а також кінцеві контрольні елементи, такі як регулюючі клапани.

 Рівень 1  Прямий контроль. Визначає діяльність, пов'язану з відстеженням та впливом на фізичні процеси, і є традиційним інструментальним рівнем із системами ПЛК та контролерами, а також повними контролем процесу. Містить модулі входу/виходу та пов'язані з ними розподілені електронні процесори.

 Рівень 2  Контроль за рослинами. Визначає активність моніторингу та контролю фізичних процесів. Включає у себе контроль за підпроцесами для оптимізації врожайності, часто використовуючи передові датчики або автоматичні аналізатори безпосередньо у процесі. ПЛК та РСК працюють тут, збираючи всі дані процесу з Рівня 1.

 Рівень 3  Контроль виробництва. Визначає діяльність робочого потоку для отримання бажаної кінцевої продукції. Він безпосередньо не контролює процес, але стежить за продукцією та цілями. Включає у себе системи координації виробництва на всіх заводах, щоб мінімізувати витрати, максимізувати врожайність та контроль якості.

Як правило, вони (рівні) управляються за допомогою Виробничих систем виконання (ВСВ), які аналізують і контролюють різні елементи виробничого процесу (наприклад, персонал, ресурси, обладнання) у режимі реального часу. Це допомагає людям, які приймають рішення, розуміти, як можна оптимізувати існуючі умови на кожному заводі для покращення виробництва. І саме тут приймаються рішення з Управління Виробничими Операціями (УВО).

УВО – це всеосяжний, масштабований і модульний набір, який включає у себе технологічну інформацію, виробничу діяльність, інтелектуальну роботу та оптимізацію виробництва. Використовуючи дані 2-го рівня, УВО бере на себе історичний аналіз тенденцій та основні показники ефективності.

 Рівень 4  Планування виробництва. Визначає пов'язану з бізнесом діяльність, необхідну для управління виробничою організацією.

Він охоплює системи Керування Ресурсами Підприємства (КРП) та дає змогу перейти на наступний рівень, дозволяючи компаніям керувати подібними змінними на різних географічно розподілених виробничих об'єктах, а також автоматизувати багато офісних функцій. СКРП передає дані назад на Рівень 3, щоб потім перевести їх на Рівень 2.

Передача даних

На Схемі 3 показано практичний приклад того як описана вище модель ISA-95 може застосовуватися до цукрової промисловості.

Дані в реальному часі обмінюються між Рівнем 0 та Рівнем 1. Дані про процес передаються для моніторингу та контролю на Рівень 2 (представлені матеріалом для відправлення вихідних товарів).

Тим часом, Рівень 3 (представлений ВСВ та УВО) організовує та аналізує дані, та подає їх у форматі, завдяки якому легше приймати бізнес-рішення. Тут інтегруються дані операційних технологій (ОТ) та інформаційних технологій (ІТ).

Розподілені між Рівнем 3 та Рівнем 4 дані (представлені КРП) зазвичай є ресурсами (персонал, обладнання та матеріали), можливостями виробництва (що доступе для використання), визначенням продукту (як зробити товар), графіком виробництва (що виготовляти та використовувати) та продуктивністю виробництва (що було зроблено та використано). Рівень 4 поділяє ці OT/ІТ для горизонтальної інтеграції.

УВО – це модульна система, коли користувачі вибирають модулі, які потрібно реалізувати. УВО включає у себе безліч функцій, не всі з яких треба починати з кінцевого користувача. У Таблиці 1 показано рекомендації АББ, базовані на досвіді та відгуках клієнтів, для побудови УВО фаза за фазою.

Під час першого етапу рекомендуються модулі управління ЗЕО та простою. Це означає, що спочатку потрібно реалізувати найбільш базовий тип збору даних у модулі функцій УВО та розширити УВО, коли попит зростає.

Наприклад, інформаційна панель KPI, ЗЕО та керування часом простою досить прості у реалізації та часто виправдовують себе з точки зору рентабельності інвестицій. Вони також забезпечують міцну основу для інших функціональних модулів, які будуть додані пізніше. Вплив, який УВО може мати на процес виробництва цукру, величезний. У Таблиці 2 наведено зразок деяких проблем, особливостей та переваг.

Бібліотека програм для цукрового виробництва

Бібліотека програм для цукрового виробництва являє собою повний, послідовний і всеохоплюючий баланс даних програмного забезпечення усіх технологій застосування цукру, що поширюється від буряка та тростини до рафінованого цукру. Вона відповідає усім вимогам щодо технологічного процесу, включаючи обробку сировини, очищення, випаровування, кристалізацію та обробку цукру.

Вона побудована на знаннях, досягнутих завдяки співпраці з основними виробниками обладнання та цукровими заводами. Це гарантує, що у рамках бібліотеки буде включено філософію управління процесом. Одним із прикладів є бібліотека вакуумного баку з високопродуктивним інтерфейсом «людина-машина» (ІЛМ), показано на Схемі 4.

Зображення зліва показує розпізнавання образів для кращого візуального контролю. Ця остання найкраща практика дозволяє оператору візуально контролювати ціль, представлену в системі. Розпізнавання образів, а не цифр, є більш ефективним, і включає відхилення бар’єрів та тенденцій, які дозволяють оператору легко перевірити стабільний стан при використанні великих обсягів даних.

Зображення нижче показує високопродуктивний ІЛМ бібліотеки цукрів, орієнтований на підвищення ефективності роботи операторів та правильну й ефективну відповідь на нестандартні умови. Бібліотека містить компоненти для контролю та нагляду. Кожен з них являє собою повні функціональні одиниці, готові до використання і які можуть бути адаптовані до конкретних потреб або вимог процесу.

Особливо важливим є те, що поєднання бібліотек РСК, УВО та цукру може допомогти у вирішенні шести проблем, викладених на початку цієї статті. Це досягається об'єднанням аспектів інформаційних технологій (ІТ) та операційних технологій (ОТ) виробництва цукру.

Ця цифрова комбінація забезпечує найсучаснішу платформу автоматизації, яка вперше оптимізує як процес, так і електричний аспект виробництва цукру.

Працюючи з розробниками програми, виробник цукру може розробляти чітко визначену стратегію автоматизації, яка гарантує, що все працює ефективно, починаючи від систем керування процесами, автоматизації та зв'язку, технологій електропривода та змінної швидкості, а також інформаційних технологій.

Крім того, з величезної кількості даних, отриманих під час виробництва цукру, користувачі тепер можуть перетворити це у значущу інформацію, пристосовану до певних ролей роботи. Це безпосередньо призводить до більшої ефективності заводу, гнучкості та захисту навколишнього середовища.

Тут ми описуємо як вирішити шість галузевих проблем з використанням останніх методів автоматизації, згаданих вище.

Оптимізація витрат енергії

Зростання витрат на контроль забруднення та споживання енергії вимагає використання інноваційних технологій. Процес цукрового виробництва використовує енергоємні програми, кожна з яких споживає значні обсяги енергії, і, як наслідок, витрати потребують жорсткого контролю (див. Схему 5).

З електричним та паровим споживанням серед найбільших витрат цукрової промисловості існує багато можливостей для економії енергії. Споживання пари, наприклад, можна розрахувати, відстежити та контролювати, щоб відповідати фактичному попиту окремих частин заводу. Це може мати прямий вплив на загальне споживання енергії, що призведе до зменшення витрат на 20%.

В основі будь-якого ефективного процесу виробництва цукру є промислова система управління.

Коли відбувається інтеграція з бібліотекою програм для цукрового виробництва, процес та енергія оптимізуються одночасно, що, у свою чергу, безпосередньо призводить до енергозбереження.

Однією з переваг бібліотеки є те, що вона може містити докладні дані про процес, які допомагають оцінити операційні витрати, такі як споживання енергії.

Наприклад, бібліотека вакуумного баку здатна відстежувати та контролювати споживання пари протягом кожної партії. У той же час вона забезпечує повний контроль процесу (рівень, тиск та температура), щоб допомогти стабілізувати всі контрольні петлі. Стабілізоване середовище сприяє зменшенню або усуненню енергетичних витрат.

Ще одна функція, доступна сьогодні, – це інструмент управління енергією, який знаходиться у рамках УВО. Цей інструмент управління енергозбереженням забезпечує за допомогою Інтернету швидкий доступ до всіх енергетичних, виробничих та екологічних даних. Він включає у себе потужний двигун звітності. Це дає змогу відслідковувати основні показники ефективності споживання енергії та виробництва протягом багатьох років. Він легко інтегрується в існуючу інфраструктуру, таку як лічильники електроенергії або мережеві аналізатори, і забезпечує легке порівняння днів / тижнів / місяців / років або виробничих ліній / сайтів / країн у веб-інформаційних панелях.

Рівень поля та пристрої прямого контролю (Рівень 0 та Рівень 1) ISA-95 пропонують додаткові можливості для економії енергії.

Наприклад, диски зі змінною швидкістю, застосовані до великомасштабних центрифуг, що сидять у самому серці процесу виробництва цукру, можуть заощадити до 60% споживання енергії.

Зниження матеріального споживання та витрат на інвентаризацію

Оскільки сировина відрізняється, а замовлення непередбачувані, критично важливим для успіху виробництва цукру є контроль витрат та скорочення відходів. Інвентаризація, що включає сировину, незавершене виробництво та готові вироби, є значною частиною собівартості цукру.

Однак, зберігання, підрахунок, пошук та сортування стають важчими, коли інвентаризація зростає.

Оскільки вартість продукту є контрольованою, правильне планування, закупівля, обробка, облік та контроль запасів є життєво важливим, якщо економічний ріст продуктивності буде досягнутий.

В основі хорошої ціни та управління відходами лежить керування інвентаризацією. Активне управління запасами забезпечує контроль за втратою матеріалів через погане виробництво або крадіжку. Це забезпечує адекватне постачання матеріалів, запасів та запасних частин, одночасно мінімізуючи запас і дефіцит, який може призвести до дорогого переривання роботи.

Наприклад, інвентарний запас може призвести до вимкнення виробничої лінії, при цьому витрати на відновлення будуть надзвичайно високими. Активне управління запасами знижує виробничий цикл до мінімуму.

Це також важливо, коли відходи мають бути ліквідовані. Наприклад, виробники дивляться на використання бугасу (побічного продукту цукрової тростини), як засобу для виробництва електроенергії, паперу, ДСП та кормів для великої рогатої худоби.

Меляса використовується для виробництва бутанолу, дріжджів, промислового спирту та високобілкової патоки. Вапно, побічний продукт процесу виробництва цукру, виробляється та реалізується як ґрунтовий кондиціонер, що допомагає зберегти цінні вапнякові резерви.

Завдання в управлінні інвентаризацією полягає у тому, щоб збалансувати запаси з попитом. Компанія потребує достатньої кількості запасів, щоб задовольнити потреби своїх клієнтів, не зазнаючи збитків через інвентарні запаси. У той же час компанія не може мати надто велику кількість інвентарю, оскільки його зберігання може бути вартісним. Достатньо, але не надто багато, є кінцевою метою. Інвентаризацію слід розглядати як готівку, яку можна було витратити іншими способами. Все, що перевищує потреби клієнта, – це відходи.

УВО надає різноманітні можливості для управління запасами, включаючи:

• Управління  матеріалами  – забезпечує ефективний спосіб отримання матеріалів, реєстрації та бронювання на внутрішньому складі, відстеження споживаного та виробленого матеріалу та звітності в системі КРП.
• Зважування та розподіл  – гарантує правильні матеріали, а кількість – шляхом перевірки матеріалів, контейнерів та ваг через ідентифікацію штрих-кодів.
• Управління інвентаризацією – дозволяє ефективно контролювати структуру складу (склади, відсіки, силоси) та елементи, що містять матеріали (пакети, силосні шари, контейнери), включаючи інформацію про замовлення, найменування, кількість, дату / час заповнення, потребу в наповненні, обробку дати закінчення терміну дії тощо.

Ще однією проблемою є те, що більшість цукрових заводів використовують безліч програмованих логічних контролерів (ПЛК) та розподілених систем керування (РСК) від кількох постачальників, створюючи острови автоматизації. Якщо одна область обробки зламається, то весь процес не може бути автоматично налаштований, щоб реагувати. Це призводить до втрати матеріалу та енергії.

За рахунок консолідації усіх засобів автоматизації та електро-технічних виробів і систем через одного постачальника, оперативна ефективність значно покращується.

Збільшення використання ресурсів та пропускної спроможності, зменшивши час очікування

Виробництво або рафінування цукру є ресурсоємним процесом, і тому витрати потрібно жорстко контролювати. Проте, зміна споживчих переваг та зростання конкуренції підкреслюють необхідність різноманіття, зберігаючи найвищі стандарти якості.

Цукрова кампанія, як правило, триває від п'яти до восьми місяців. Протягом цього часу все технологічне обладнання – від вакуумних баків до центрифуг – повинно працювати надійно й оптимально для отримання найвищої якості кінцевого продукту.

З цієї причини виробничі та технічні відділи працюють у тісному співробітництві для забезпечення безперервного виробництва цукру під час роботи заводу. Час простою або зниження виробництва визначається як «Дійсний втрачений час» (ДВЧ). ДВЧ вимірює втрачений час або відсутність роботи заводу внаслідок несправностей обладнання та поломки або операційного впливу внаслідок експлуатаційних помилок.

Таким чином, будь-які зупинки обслуговування або виробництва організовуються у певний час, день і за заданою тривалістю. Хороша практика активів означає хорошу продуктивність виробництва.

Невідповідна поведінка системи є основною причиною для занепокоєння у цукровому виробництві. Ці порушення можуть заважати виробництву, і для збільшення виробничої потужності необхідна додаткова робоча сила. Існує відсутність знань про процес та знання автоматизації, що призводить до низької пропускної спроможності.

Деякими важливими заходами, спрямованими на зменшення собівартості виробництва та поліпшення видобутку тростини, є розширення виробничої практики, поживних речовин, управління водними ресурсами та боротьба зі шкідниками, а також обробка ґрунту після врожаю.

Добре налаштоване точне землеробство, РСК разом із бібліотекою цукрових програм (див. розділ «Бібліотека програм для цукрового виробництва») дозволяють відслідковувати та координувати усі ключові елементи керування електричними пристроями та контрольно-вимірювальними приладами. Вони пропонують повне рішення для бездоганної інтеграції виробництва та бізнес-процесів.

Бібліотека програм для цукрового виробництва забезпечує всебічний контроль і простий інтерфейс роботи, точну діагностику та управління тривожними сигналами. Це підвищує ефективність роботи, скорочує час усунення несправностей та підвищує рівень утилізації.

Крім того, УВО пропонує загальний рівень ефективності обладнання (ЗЕО) та функцію управління часом.

Поліпшення якості та зменшення варіацій, помилок та відходів

Перетворення даних у точну інформацію гарантує правильність виробництва цукру у перший раз, одночасно усуваючи відходи й уникаючи будь-яких варіантів якості цукру.

Серед численних завдань, з якими стикається цукрова промисловість при спробах покращити якість кінцевого продукту, – це потреба у поліпшенні якості очищення соку, удосконалення практики виварювання у баках, сучасних схемах варіння та більш ефективних методах обробки цукру.

Повторюваний процес є ключем до збереження постійної якості та максимізації результатів переробки та рафінування. РСК та бібліотека програм для цукрового виробництва забезпечують безперервний контроль і точну обробку всіх етапів процесу, та гарантують постійний, високоякісний продукт, який виробляється кожного разу.

Бібліотека програм для цукрового виробництва передбачає відповідне виконання усіх процесів, починаючи від афінації через сушіння, і що критична якість й обробка даних безпосередньо пов’язані з конкретними етапами кожного періодичного циклу.

Це забезпечує простий машинний інтерфейс (ПМІ), що полегшує керування обладнанням.

Наприклад, за допомогою контролю вакуумного випарного баку необхідні лише прості задані значення для досягнення дуже складного контролю, який відповідає кривій кипіння. Це призводить до більш відповідного та якіснішого кінцевого продукту.

Тим часом система УВО забезпечує:

• Управління якістю – примусове виконання заходів з якості та дотримання вимог (контрольний список, автоматичний або ручний збір даних про якість).
• Підтримка вимог щодо вибірки та тестування.
• Управління відхиленням – звіт про невідповідність, систематичне відхилення збору від продукту, процесу, процедури або вимог відповідності.
• Електронні інструкції щодо роботи – управління оператором через важливі кроки з необхідними інструкціями з виробництва та техніки безпеки та перевірок.
• Віртуальний тренер – допомагає отримувати знання про процес, продукт та безпеку на виробництві.

Максимізація відстежуваності сировини та виконання вимог регулювання

Іноді зміна стандартів безпеки продуктів харчування підкреслює необхідність поліпшення якості відслідковування сировини, лабораторної вибірки та контролю за продуктами.

Щоб забезпечити якість сировини та підвищити ефективність виробництва, необхідно оптимізувати виробництво та якість продукції, забезпечуючи відстеження сировини при дотриманні останніх правил.

Виробники цукру повинні надавати різну інформацію щодо якості та безпеки, залежно від призначення продукту. Рафінований цукор, упакований як кінцевий продукт споживачам, повинен містити записи та результати дослідів, які показують повну контролепридатність, щоб задовольнити вимоги контролюючих органів та продавців.

Крім того, під час доставки цукру-сирцю для переробки або відправки сипучих вантажів для використання в якості інгредієнтів буде потрібна більш детальна інформація про якість.

Ця інформація, у свою чергу, стане частиною запису якості ланцюга постачання, а також дозволить їм адаптувати свої процеси до специфічних характеристик даної партії інгредієнтів.

Такі складні виробничі операції вимагають значних даних, які з легкістю можуть бути надані, для того щоб інформація про процес та якість надійшла вчасно.

УВО покращує якість, надійність, відстеження та контролепридатність для дотримання норм і стандартів. Воно забезпечує доступ до управління усіма типами операційних даних, що надає можливості для підтримки прийняття рішень щодо виправних дій та підвищення ефективності. Воно відкриває вікно у виробниче середовище, аналітику процесу живлення та операційні показники з об'єктивними та детальними даними.

Програмне забезпечення для управління матеріалами УВО управляє ідентифікацією матеріалу, відстеженням використаного матеріалу, відстеженням виробленого матеріалу, визначенням пріоритетів та контролем за джерелами та призначеннями для матеріалів, сумісності матеріалів, зважуванням, збиранням та упакуванням. Модулі відстеження також забезпечують потужну генеалогічну звітність продукту, дозволяючи здійснювати пошук та аналіз виробничих даних.

Можливе економічне та/або гнучке виробництво

Незважаючи на те, що виробники цукру рідко впливають на зміни у смаках споживачів або на попит на нові сорти продукту, все ще існує потреба у прийнятті економічних і гнучких методів виробництва, щоб подолати проблеми виробництва.

Крім того, деякі виробники, особливо ті, які знаходяться у Південній Америці, іноді переходять з виробництва цукру на виробництво етанолу, якщо того вимагає ринок, або якщо ціна на цукор коливається.

Економічне виробництво спрямоване на виробництво більшої кількості товарів при менших затратах і добре працює у ланцюжку постачання з великим обсягом, низькою різноманітністю та хорошим прогнозом.

Тим часом, гнучке виробництво описує здатність швидко реагувати на зміни у попиті як з точки зору обсягу, так і різноманітності.

Наприклад, під час гарної погоди, ланцюг постачання цукрової тростини повинен бути настільки ж економічним, наскільки це можливо. Проте, під час дощу чи кризи потрібні гнучкі ресурси, щоб мінімізувати збитки.

Кілька цифрових систем у цукровому виробництві повністю інтегровані. Компанії, постачальники та клієнти не тісно пов'язані між собою, і такі відділи, як інжиніринг, виробництво та сервіс, не завжди ефективно взаємодіють один з одним.

Проте, необхідність гнучкого виробництва, де продукція може бути адаптована для задоволення конкретних вимог замовника, може бути досягнута лише тоді, коли всі говорять однією мовою цифр. УВО забезпечує кінцеву точку видимості всього процесу виробництва цукру. Це масштабований та модульний комплект, який поширюється по всьому:

• Процес розвідки
• Виконання виробництва
• Виробнича інформація
• Оптимізація виробництва

Таким чином, це дає змогу фахівцям заводу ефективно приймати рішення та забезпечувати надійне виробництво за допомогою повністю інтегрованих операцій.

Вони містять багату нестандартну функціональність, що складається з простого налаштування модулів, які відповідають конкретним потребам галузі.