Интегрированный подход к повышению эффективности предприятия по производству цемента. Ключевые точки роста и «быстрые» эффекты
Аннотация
Представлена инновационная модель управления предприятием по производству цемента и строительных смесей на основе специализированного цифрового решения, с помощью которого компания может повысить свою конкурентоспособность благодаря росту производительности труда, путем улучшения качества выпускаемой продукции, снижения себестоимости и повышения экономической эффективности бизнеса. Подход основан на внедрении взаимосвязанных регламентированных процессов, цифровых инструментов и методов работы с данными реального времени, а также на создании информационной системы управления предприятием — ИСУП (MES) — для системного сбора, анализа и хранения информации с возможностью управления производственными и обеспечивающими процессами, ресурсами, планами и другими аспектами производства. В статье также приведены основные точки роста, характерные для цементного завода (интеллектуальное управление режимами работы оборудования и энергоэффективностью, процессами ТОиР, складским учетом, закупками, логистикой и т. д.), а также конкретные эффекты, достигаемые при помощи ИСУП. В их числе: снижение аварийности и расходов на ремонты, снижение простоев, оптимизация затрат, повышение производительности, экономичный расход энергоносителей и т. д. Подход успешно применен на практике. Рабочие прототипы описываемого решения созданы и переданы в промышленную эксплуатацию на четырех российских предприятиях с «сухим» способом производства цемента.
Введение
Цифровизация предприятий цементной отрасли — актуальная тема для всех компаний, стремящихся к повышению рентабельности и конкурентоспособности. Все ключевые предприятия реализуют дорожные карты по поэтапному переходу на цифровую модель управления производством и повышению показателей эффективности путем внедрения передовых технологий, объединенных понятием «Индустрия 4.0»: большие данные, искусственный интеллект, машинное обучение, промышленный интернет вещей и т. д. Очередной кризис и новые риски, связанные с коронавирусом, снижением деловой активности и колебанием валютных курсов, заставили игроков рынка в корне пересмотреть приоритеты и сфокусироваться на поиске реальных возможностей для быстрого снижения расходов там, где это возможно.
Первое, что для этого нужно, — сделать процессы и данные прозрачными и системными. Любой цементный завод – это большой парк оборудования, многоэтапные технологические цепочки, тонны сырья и отгружаемой продукции. Несмотря на это, у цементного производства есть высокий потенциал для оптимизации путем обеспечения прозрачного контроля производственных переделов, предиктивного управления техническим обслуживанием и ремонтами (ТОиР), закупками, логистикой и многими другими аспектами. Поскольку мы говорим об энергоемком производстве (в конечном продукте до 40 % себестоимости составляют затраты на энергоносители), особого внимания заслуживает вопрос оптимизации затрат на электричество и газ. Для решения этих и многих других задач используется современная информационная система управления производством (ИСУП) как единый источник и агрегатор всей производственной информации, которая позволяет сравнивать и анализировать эффективность каждой линии, единицы оборудования, KPI-специалистов. Помимо «быстрых» бизнес-эффектов (выполнение планов, снижение аварийности, сокращение расходов), этот инструмент дает возможность заложить надежный фундамент для будущих улучшений и новых конкурентных преимуществ.
1. Базовые технологические принципы оптимального управления
Вопрос повышения экономической эффективности и конкурентоспособности предприятия актуален для предприятий всегда, однако, как показывает практика, в большинстве случаев инициативы в области цифровизации производства не приносят ожидаемого эффекта. Это связано с тем, что большинство владельцев процессов погружены в производственную рутину и не всегда имеют возможность увидеть и объективно оценить текущую ситуацию на предприятии в целом, а без этого невозможно правильно определить цели. Очень часто создание целевой модели производства и самих процессов — это отдельный проект, который необходимо реализовать до того, как предприятие встанет на путь цифровой трансформации.
Экономический эффект на любом предприятии возникает в результате комплексности, т. е. вследствие большого количества маленьких «быстрых побед» во взаимосвязанных сегментах. Здесь важно учесть совокупность всех факторов — от качества исходного сырья, технологических режимов и реальной наработки агрегатов до объемов потребления всех видов ресурсов, степени заполнения складов и процессов сбыта готовой продукции. Поэтому речь идет даже не о цифровизации, а об интеллектуализации производства — подходе, при котором точные данные обо всех аспектах производства становятся предметом для анализа и основой для предиктивного управления всеми видами ресурсов предприятия. Сама идея создания ИСУП для цементного производства хороша уже тем, что предприятие получает нечто большее, чем систему управления производством — оно закладывает у себя базовые технологические принципы оптимального управления, позволяющие развивать интеллектуальную составляющую производства, открывая все больше новых возможностей и конкурентных преимуществ. Вот основные условия:
руководство и технический персонал располагают необходимой квалификацией и полномочиями для эффективного управления технологическими переделами и режимами производства, входящими в контур системы;
достаточно высокой является степень автоматизации на производстве, при которой все процессы, ресурсы и регламенты становятся источниками информации, сосредоточенной в единой среде управления;
существует централизованный ИТ-ландшафт, в котором все процессы и данные подчиняются единой логике и работают на достижение общего результата;
имеется возможность мониторинга состояния инфраструктуры и оборудования в режиме реального времени для оценки текущей ситуации: сколько продукции произведено, сколько каких ресурсов потрачено, какова наработка оборудования и т. д.
Цементный завод, как предприятие непрерывного цикла, производит огромные объемы информации из разных источников, которые можно условно разделить на несколько групп:
данные АСУ ТП и ИСУП (MES) — это срез технологии, получаемый с первичных датчиков измерения температуры, давления, расходов энергии и сырья и т. д.;
данные систем класса ERP (производственные, обеспечивающие и управленческие группы бизнес-процессов), включая такие блоки, как ТОиР, МТО, транспорт и логистика, учет энергоносителей и т. д.;
данные систем лабораторного анализа, обеспечивающих контроль над физико-химическими показателями сырьевых материалов, компонентов и конечной продукции.
Важной является синхронизация сведений из различных источников, чтобы система могла анализировать эффективность всего предприятия, используя совокупность информации и оперируя точными данными о производственных процессах, позволяла понять, как в действительности продукция производится, насколько она соответствует требованиям по качеству, сколько ресурсов было затрачено на выпуск этого объема. Соответственно, чем больше будет проникновение цифровых технологий в процесс производства и чем больше у завода источников данных для анализа, тем полнее и достовернее окажется представление о происходящем и тем больше понимания появится относительно дальнейших действий.
Объединение данных из источников различного класса (основное производство, управление генерацией, различные лабораторные анализы, данные ERP-системы, весовое оборудование по отгрузке материалов заказчикам, упаковочные машины, контроллеры и т. д.) в рамках единого ИТ-ландшафта и предоставление к нему доступа через единый и понятный интерфейс является одной из сложнейших задач проектов по внедрению ИСУП. Например, технологические данные поставляются в режиме реального времени, а если мы говорим про плановые данные или данные ERP-системы, то это реляционные базы данных, где данные поставляются изначально в массивах с большими временными промежутками. Адаптация ERP-данных позволяет работать с ними на основе платформы данных реального времени.
2. «Быстрые» эффекты на примере реализации специализированного отраслевого решения ИСУП на цементном предприятии
Рассмотрим конкретный пример того, как современный цементный холдинг смог довольно быстро добиться результатов при помощи ИСУП, при этом не перестраивая существующую бизнес-модель. В состав решения для четырех территориально распре - деленных заводов с «сухим» способом производства цемента вошли четыре крупных блока, реализованных на основе единой цифровой платформы: производственный портал (дашборды), технологические экраны, журналы событий и система автоматизированной отчетности. Все эти четыре блока используют единую структуру и источник данных, — PI System. База данных реального времени лежит в основе ИСУП и решает задачи объединения разнородной информации в единое озеро производственных данных. Расчет удельных показателей, виртуальных замеров и других показателей производится непосредствен - но в модели данных. На момент реализации проекта производство было достаточно хорошо автоматизировано, а развернутое решение обеспечило системность и централизацию данных всех систем, включая ключевые показатели производства, по потреблению материалов и энергоносителей, удельные показатели потребления в различных аспектах, KPI оборудования, статистика работы оборудования и т.д.
Блок, посвященный технологическим экранам, включает в себя технологические схемы завода, на которых отображается как производственная и лабораторная информация, так и технологические параметры работы оборудования. Созданные прототипы решения успешно прошли опытно-промышленную эксплуатацию. С получением этого инструмента руководство предприятия получило возможность:
видеть рядом в режиме реального времени цифры плана и факта по интересующим аспектам производства;
составлять на основе консолидированной информации объективное представление о «здоровье» производства, точках роста и «узких местах»;
быстро находить возможности для «выравнивания» показателей в случае расхождения с планом;
повысить скорость коммуникаций, согласования и принятия важных управленческих решений.
Следующий шаг к высокой эффективности – это реализация потенциала ИСУП, как мощного аналитического инструмента для оценки взаимовлияния параметров, генерируемых в различных системах в едином интерфейсе — графическом, в виде набора трендов, либо табличном.
3. Ключевые точки роста
Ниже описана лишь малая часть эффектов, достигаемых при помощи ИСУП (MES) и других подобных инструментов, объединяющих ресурсы и процессы в единую систему. Благодаря им компании получают практически неограниченные возможности для гибкого управления производством из любой точки мира (чаще всего — из территориально удаленного головного офиса). Это особенно актуально для крупных холдингов с распределенными мощностями.
Энергоэффективность. Расходы на энергетику в цементной отрасли составляют высокий процент. Заводы с «мокрым» способом производства цемента более энергозависимы, чем с «сухим». Благодаря ИСУП появляется возможность построить оптимальное управление этим аспектом, минимизировать отклонения от плана, быстро выявлять и устранять их причины. Пример: если процесс ввода в эксплуатацию печи для обжига клинкера занял больше времени, чем заложено в плане (при этом могут возникнуть незапланированные расходы на газ), то система вы - являет отклонения от нормы в реальном времени и помогает принять управленческие меры, если необходимо. Оптимизация работы оборудования позволяет снизить потребление газа и электроэнергии на 1,5–5%. Можно также добиться высокой точности выполнения планов по закупке энергоносителей с помощью мониторинга режимов работы оборудования в реальном времени и выбора оптимальных тарифов потребления энергии. Точность планирования повышается на несколько процентов (5–15%) благодаря анализу физического потребления электроэнергии оборудованием, снижение закупаемой мощности достигает 15%.
ТОиР (ТОРО). Внедрение ИСУП создает техно - логические возможности для реализации предиктивной модели управления процессами и блоком ТОиР, которая, в свою очередь, позволяет решить две ключевые задачи: существенно снизить число аварийных ремонтов и повысить эффективность использования парка оборудования. Первый эффект достигается путем агрегации статистических данных по состоянию оборудования, пускам-остановкам, инцидентам, плановым ремонтам и т. д. На основе всего этого система прогнозирует возможные поломки задолго до появления внешних признаков. Пример: температура работающего двигателя растет с определенной динамикой в течение месяца, что является признаком неисправности подшипника (греется), которая скоро приведет к поломке. ИСУП позволяет зафиксировать изменения температуры и показать их динамику: неделю назад температура держалась на одном уровне, затем в течение недели она ежедневно прирастала. Анализируя эти данные, можно с высокой долей вероятности спрогнозировать, когда именно произойдет поломка. Принятие оперативных мер на этом этапе не требует больших затрат и благодаря им инцидент просто не наступает. Снижение аварийности с помощью анализа закономерностей и повторяющихся событий может достигать 12%. Отметим, что затраты на экстренное устранение аварии впятеро превышают расходы на предиктивный ТОиР. Интеграция блока техобслуживания и ремонтов с системами управления МТО, складским учетом, закупками, транспортом и логистикой делает процессы управления ими еще более результативными, повышает точность и эффективность взаимодействия функциональных подразделений.
Управление качеством продукции. Лучшие мировые практики отслеживают так называемые сигмы — влияние физических и химических параметров полуфабрикатов на качество конечного продукта и на его себестоимость. ИСУП позволяет в режиме реального времени учитывать эти влияния и строить прогнозы развития ситуации для своевременного принятия корректирующих мероприятий. Например, прогноз потребления электроэнергии основывается на анализе взаимозависимости тонкости помола сырьевой муки и содержания C3S и C2S в клинкере. Чем тоньше помол сырьевой смеси, тем легче обжечь клинкер, тем меньше расход газа. Кроме того, снижение тонкости помола сырьевой муки (с 20 до 10%) позволит суммарно экономить электроэнергию на помоле цемента. Не следует забывать, что ключевым фактором эффективности предприятия, выраженной в экономии энергоресурсов и снижении брака, является скорость принятия управленческих решений и реагирования на возникающие изменения.
Оптимизация трудозатрат при формировании отчетности. Предприятие уходит от ручного труда, исключает лишние трудозатраты, дублирование ввода и возможные ошибки, связанные с человеческим фактором.
Выводы
В основе описанного подхода лежит централизация данных и объединение между собой всех производственных, обеспечивающих и управленческих процессов на базе единой цифровой модели управления, в которой прописаны все аспекты производства, регламенты взаимодействия подразделений, их функционал и зоны ответственности. Несмотря на то, что у каждого предприятия свой уникальный набор систем, технологий, данных и процессов, принципы управления ими универсальны и всегда требуют создания регламентированных и управляемых взаимосвязей. Логически связать ИТ-решения различных активов, объединить в рамках комплексного ИТ-ландшафта, подчинить единой логике как можно больше процессов, технологических переделов и прочих аспектов производства — таковы ключевые идеи концепции «цифрового завода» и «Индустрии 4.0». Сегодня этот подход практикуется всеми лидерами цементной отрасли.