Оценка проектов усовершенствованных систем управления

Оценка и выполнение успешных в финансовом отношении проектов усовершенствованных систем управления технологическим процессом: осмысление особенностей процесса, требуемых рабочих характеристик, договоров и графиков проведения работ.

Для обеспечения финансового успеха усовершенствованной системы управления технологическим процессом (APC) руководитель проекта должен обладать достаточной квалификацией и навыками, чтобы соответствующим образом оценить проект, вести переговоры по заключению договора и наметить график выполнения проекта. При разработке большинства APC в распоряжении имеется не очень большой объем информации, но с самого начала очень важным является понимание характеристик процесса и требуемых рабочих характеристик системы управления, так как это является основой для разработки приложения.

При проектировании больших систем управления для достижения общего успеха важны методики точного и эффективного сбора конфигурационной информации. Большая часть всего объема работ, выполняемого руководителем проекта, должна быть посвящена анализу этого потока данных, в то время как информация, относящаяся к характеристикам отклика процесса, является относительно неважной до момента ввода системы управления в эксплуатацию.

Как провести оценку проекта

Все зависит от вас. Самым важным шагом в достижении успешного проектирования APC в первую очередь является выбор подходящего проекта. Хороший проект должен обладать четырьмя важнейшими характеристиками: 1. Значительные экономические перспективы. В предыдущих статьях этой серии были изложены методики оценки экономических преимуществ, полученных в результате использования проекта APC. Эти же методики могут обеспечить оценки для подтверждения стоимости проекта.

В приведенном ниже разделе, посвященном договорам, представлена дополнительная информация об установке требуемых рабочих характеристик. Но обычно увеличение производительности должно давать несравненно большие выгоды. Работа APC, которая может восстановить неиспользуемую производительность агрегата за счет управления с переменными ограничениями без какого-либо изменения технологического процесса, будет практически всегда обеспечивать очень высокий коэффициент окупаемости инвестиций (ROI) и легко оправдывать себя за очень короткое время, часто всего за несколько недель.

При оценке ограничений для получения этих выгод важно рассмотреть все рабочие диапазоны потоков энергии и материалов, которые могут ограничить производительность технологического процесса. Сначала разработчик должен учесть производительность насосов, клапанов, вентиляторов и транспортеров, которые отвечают за перемещение рабочего вещества в технологическом процессе. Затем следует рассмотреть диапазон измерений контрольно-измерительной аппаратуры, используемой в процессе. В-третьих, необходимо учесть потоки, не поддающиеся измерению, такие как поток тепла в окружающую среду, а также другие физические ограничения, например, рабочее давление оборудования и рабочие температуры вместе с требуемым временем протекания рабочих реакций, которые могут уменьшить пропускную способность.

Распределение данных в этих выборках будет иметь отрицательную асимметрию, а среднее значение будет уменьшаться за счет коротких отрицательных выбросов

Распределение данных в этих выборках будет иметь отрицательную асимметрию, а среднее значение будет уменьшаться за счет коротких отрицательных выбросов

Также необходимо рассмотреть другие нефизические ограничения, такие как ограничения, накладываемые государственными нормативами и разрешениями на уровень выбросов. В одном случае были проведены большие исследования для обоснования установки усовершенствованной системы управления печью, но в последний момент выяснилось, что предприятие не имеет разрешения на сжигание с требуемым расходом топлива.

2. Достаточная информация. Для доказательства обоснованности и разработки усовершенствованной системы управления требуется определенная, очень специфическая физическая и экономическая информация. Перед началом выполнения работ по такому проекту убедитесь, что в распоряжении имеется или может быть получена следующая информация:

• Точное описание технологической схемы процесса, рабочих условий, процедур и ограничений;

• Архивные рабочие данные в достаточном количестве и с достаточным разрешением для обнаружения отклонений рабочих условий технологического процесса и динамических характеристик;

• Точная документация к существующей системе управления, включая схему расположения трубопроводов и контрольно-измерительной аппаратуры (P&ID), рабочие диапазоны приборов, используемые в данное время конфигурации распределенной системы управления (DCS), исполнительную документацию и т.д.;

• Достоверные данные по стоимости материалов, энергии и изделий. 3. Мотивированный персонал. Чтобы обеспечить успех проекта APC, требуется тесное техническое взаимодействие между поставщиком и пользователем. Операторы должны быть готовы принять новую систему и новые методы для управления предприятием. Возможно, потребуется поддержка руководства в рамках предприятия и на корпоративных уровнях, а также инженерная поддержка на уровне предприятия. Если только к проекту полностью не привлечен весь квалифицированный технический персонал предприятия и после ввода системы он не становится его владельцем, проект, вероятнее всего, закончится неудачей. Выполнение проекта будет вызывать трудности с обеих сторон, и система, скорее всего, выйдет из строя после ввода в эксплуатацию из-за отсутствия понимания, технического обслуживания, обучения персонала или поддержки.

4. Соответствующая полевая контрольно-измерительная аппаратура и обладающая достаточными возможностями инфраструктура управления. Усовершенствованная система управления зависит от надежности полевого оборудования и устройств, обеспечивающих автоматическое регулирование. Приборы и исполнительные механизмы должны быть точно откалиброваны и быть в исправном рабочем состоянии. Контуры автоматического регулирования должны быть правильно настроены и нормально работать с автоматической системой управления. Распределенная система управления должна обладать возможностью выполнения всех необходимых расширенных функций, которые могут потребоваться, таких как внешняя интегральная обратная связь и управление значениями контрольных уставок. Она должна быть открыта для работы в сети, если программное обеспечение APC располагается на другой платформе.

Метод усовершенствованного управления часто использует намного больше входов по сравнению с базовым автоматическим управлением, поэтому для измерения этих новых ограничений может потребоваться дополнительная контрольно-измерительная аппаратура. Может потребоваться также более сложное и более дорогое измерение параметров, связанных с экономическими показателями. Если в рамки проекта входит проверка характеристик системы, потребуется архив с высококачественными данными и информационная сеть.

Качественная сеть должна также поддерживать дистанционный мониторинг системы после ее ввода в эксплуатацию. АРС нуждается в поддержке для сохранения ее характеристик на заявленном уровне. При увеличенных расходах на разработку системы на объекте финансовые затраты на поддержку системы после ее ввода в эксплуатацию, осуществляемую поставщиком, скорее всего будут ограничены. Дистанционный мониторинг является экономически выгодным способом, обеспечивающим минимизацию этих затрат и поддержание экономических преимуществ.

Подписывайте правильный договор

Предыдущая статья, посвященная проверке характеристик системы управления (CE Россия, 2006 г, № 9, стр. 38-44), описывает основные методы измерения характеристик такой системы. Трудность заключается в постановке обоснованных показателей для этих метрик. Экономическое обоснование рассчитывается исходя из ожидаемых изменений рабочих условий, но насколько большие изменения разумно ожидать?

Наиболее общий подход основан на рассмотренных в предыдущей статье нормальных распределениях в отношении оптимизации и управления. Среднее значение и среднеквадратическое отклонение (с.к.о.) вычисляются для представительного набора архивных данных. Предполагается, что применение APC может уменьшить с.к.о. наполовину. Это позволяет сместить уставку на одно значение с.к.о. ближе к допускаемым пределам или эксплуатационным ограничениям, не увеличивая при этом количество некондиционного продукта.

Такое смещение может обеспечить получение обоснованной оценки потенциального улучшения характеристик. Однако часто незамеченным остается один важный аспект. Данные идеи вместе с понятиями о производительности технологического процесса являются достоверными только для данных с нормальным распределением.

Распределение, которое считается "нормальным", представляет собой симметричную колоколообразную кривую с особой математической формой. Не все колоколообразные кривые представляют собой нормальное распределение. Два дополнительных статистических показателя, коэффициент асимметрии и эксцесс, могут являться мерой измерения отклонений от нормального распределения. Коэффициент асимметрии измеряет недостаток симметричности кривой распределения данных. Распределение, которое вытягивается в отрицательную область, имеет отрицательную асимметрию — и наоборот. Для нормального распределения данных коэффициент асимметрии равен нулю. Как показано на первых двух рисунках, положительные и отрицательные значения могут указывать на нелинейность технологического процесса и вмешательство оператора.

Эксцесс определяет, имеет ли кривая более остроконечную или более плоскую форму по сравнению с нормальным распределением. Для нормального распределения эксцесс равен нулю. Более высокая и более узкая кривая распределения имеет положительное значение эксцесса, а более плоская кривая распределения — отрицательный эксцесс. В теории управления более высокая величина эксцесса указывает на более жесткое управление, в то время как отрицательный эксцесс может говорить об ослаблении управления, возможно, обусловленном плохой настройкой контроллеров. Кроме того, высокое значение эксцесса может также указывать на чрезмерную фильтрацию сигнала, нечувствительность датчика из-за неправильного местоположения или наличия загрязнений, которые изолируют его от технологического процесса.

Данные технологического процесса практически никогда не имеют нормального распределения. Человеческий фактор, характеристики технологического процесса и механические воздействия всегда искажают вид кривой распределения данных. Поэтому описание этих распределений с использованием среднего значения и среднеквадратического отклонения может быть обманчивым. Это показано на графиках.

График "Влияние действий оператора" показывает 10-минутные выборки данных расхода топлива, подаваемого в печь для обжига извести за двухнедельный период. На неравномерных интервалах расход топлива либо фиксирован, либо неожиданно падает. Это именно те периоды, когда оператор переводил контроллер, управляющий расходом топлива, в ручной режим работы и либо оставлял выходной сигнал постоянным, либо резко снижал его в ответ на текущие рабочие условия.

Вытекающее из этого примера распределение данных будет иметь отрицательное смещение, а среднее значение будет уменьшаться за счет коротких отрицательных выбросов.

Для операторов самой плохой ситуацией считается неуправляемый технологический процесс, поэтому только от человеческих качеств оператора зависит более решительное принятие именно тех мер, которые вернут технологический процесс в безопасное русло, чем мер, направленных на увеличение производительности. Часто операторы ждут слишком долго, когда обнаруживают признаки неисправности, надеясь, что она скоррек-тируется сама собой или будет оставаться неопасной. Затем, когда, в конце концов, действие со стороны оператора становится неизбежным, коррекция должна быть серьезной и резкой. Напротив, перевод в сторону менее стабильной работы или в сторону более сложных рабочих условий обычно происходит постепенно и часто неохотно.

Нелинейность создает распределение с положительной асимметрией, и среднее значение будет больше соответствующего значения при нормальной работе

Нелинейность создает распределение с положительной асимметрией, и среднее значение будет больше соответствующего значения при нормальной работе

На графике "Влияние нелинейностей процесса" показаны часовые выборки для остаточного карбоната в продукте из печи для обжига извести за двухнедельный период. Нормальное значение будет относительно низким, но расстройки вызывают отклонения в положительную область, которые будут иметь довольно значительную величину. В результате поведение этой переменной будет сильно нелинейным. Величина остаточного карбоната не может стать отрицательной, поэтому самое низкое положительное значение будет равно нулю, но сильные воздействия могут сделать его относительно высоким.

В этом случае нелинейность будет создавать воздействия с положительной асимметрией, а среднее значение будет выше, чем нормальная рабочая величина. Большие выбросы также увеличивают средне-квадратическое отклонение относительно отклонения при нормальных условиях.

Снижение показаний расхода шихты может быть действительным или обусловленным выходом датчика из строя

Снижение показаний расхода шихты может быть действительным или обусловленным выходом датчика из строя

На третьем графике представлены 10 минутные выборки расхода шихты, подаваемой к печи для обжига извести за двухнедельный период. Эти измерения выполнить довольно сложно и на технологическую схему процесса часто воздействуют механические причины. Следовательно, на графике показаны многочисленные большие спады значения расхода шихты, полученные в результате измерений, некоторые из которых являются действительно подлинными, в то время как другие отображают только неисправности датчика.

В любом случае, в результате среднее значение будет ниже нормального значения, а с.к.о. указывает на более сильные отклонения технологического процесса, чем те, которые фактически имеют место. Архивные данные должны быть внимательно изучены и обработаны, чтобы удалить как можно больше информации, вводящей в заблуждение. Не нужно обращать внимание на периоды останова и пуска, а также на любые ложные данные, обусловленные неисправностями датчиков или другого оборудования, если их можно распознать. Исследуемые данные должны отображать нормальный режим работы. Избегайте периодов, когда использовалось альтернативное или дополнительное топливо, периодов работы с необычными конфигурациями технологического процесса, подачи материала с параметрами, не отвечающими техническим характеристикам, и других ненормальных ситуаций. Эти периоды следует определить и исключить из набора данных. Инженерная оценка и осмысление технологического процесса являются основными моментами в этом деле.

После обработки статистический анализ оставшихся данных обеспечивает наилучшую основу для прогнозирования возможных выгод, при условии их технического объяснения. Случайные линейные воздействия имеют нормальные распределения данных. Поэтому, если воздействие не является линейным, всегда существует причина, которую необходимо учесть при оценке возможностей и определении целей для получения экономических преимуществ. Нежелание распознать эти воздействия может легко привести к постановке неразумных задач, которые приведут к экономической несостоятельности, даже при успешном управлении.

Финансовая структура

Современная экономическая среда, в которой разрабатываются проекты APC, является очень сложной. Аппаратные средства системы управления становятся обычным товаром. Вместе с этим повышение уровня унификации коммуникационных протоколов и открытых операционных систем означает, что пользователи могут сравнивать цены и подбирать необходимые компоненты системы управления, которые можно объединить и согласовать, у разных поставщиков.

В ответ поставщики вынуждены насколько можно снижать цены на аппаратные средства и стараться выделиться среди других производителей, предоставляя более качественное обслуживание проекта и рекламируя преимущества, которые дают их проекты. Естественно, обещание больших прибылей делает предложение поставщика более привлекательным. Но обещать получение выгод легко, а предоставить их зачастую бывает весьма затруднительно.

Это создает сильную взаимосвязь между ценой и риском. Одной из крайностей является договор, по которому поставщик должен только поставить функционирующую систему, а не обеспечить получение конкретных экономических преимуществ. В этом случае риск для поставщика практически отсутствует, потому что счета оплачиваются независимо от того, насколько хорошо система справляется с управлением. Поставщик может предложить самую низкую цену, когда весь риск пользователь берет на себя.

На первый взгляд, это кажется хорошим вариантом для поставщика, однако на самом деле здесь проигрывают обе стороны. Поставщики проигрывают, так как для обеспечения конкурентоспособности они зачастую жертвуют своей прибылью только затем, чтобы не потерять заказчика, даже поставляя систему по цене ниже себестоимости. Пользователь же проигрывает из-за того, что система, приобретенная по такой низкой цене, будет обладать лишь минимальным набором функций и недостаточной технической поддержкой, как на этапе проектирования, так и после.

Другой крайностью является контракт, который требует предоставить конкретный уровень экономических выгод, в противном случае поставщик вообще не получит никаких денег. Это перемещает практически весь риск, связанный с достижением требуемой эффективности, на поставщика, так как никакого возмещения значительных затрат на разработку, ввод в эксплуатацию, испытание и демонтаж системы управления не будет, если обещанные выгоды в действительности получены не будут.

На первый взгляд, это хорошо для пользователя, но такой проект также приводит к проигрышу с обеих сторон. Чтобы быть конкурентоспособными, поставщики вынуждены давать рискованные обещания, надеясь на удачное стечение обстоятельств, что другой поставщик будет рисковать еще больше, назначая более низкую цену или даже обещая еще больше. Для пользователей существует значительный риск того, что будет упущено время и возможности, когда обещанная система, на которую уже потрачены средства, будет совершенно не соответствовать ожиданиям. Цены для даже более простых применений должны быть выше, чтобы скомпенсировать другие неучтенные затраты. Финансирование простых приложений является рискованным. Контракт, по которому оплачиваются экономические результаты, представляет собой компромиссное решение, одинаково хорошее для обеих сторон. Полный провал маловероятен, за исключением случая, когда система разработана неудачно. Если цели достигнуты лишь частично, пользователь платит меньше, но поставщик за счет полученных средств все равно может покрыть основные затраты. Когда экономические показатели превышают намеченные рубежи, выгоды для пользователя будут больше, и прибыль поставщика будет также выше. Такие обоюдные стимулы изменяют взаимоотношения между пользователем и поставщиком, которые раньше больше походили на игру с нулевой суммой, в которой были выигравшие и проигравшие. Теперь взаимоотношения переходят в такую форму, когда проигравших нет. Пользователь и поставщик получают максимальные выгоды, одинаково участвуя в решении проблем. Такая расстановка сил является наилучшей для долгосрочного сотрудничества между пользователем и поставщиком.

Другое преимущество контракта, по которому оплачиваются экономические результаты, заключается в том, что требуемая проверка показывает денежный поток, полученный в результате применения системы. Эта информация позволяет обосновать финансирование проекта, исходя из прибыли от его реализации, вместо финансирования из статьи капитальных затрат, для которой такие затраты будут весьма спорными.

Принятие оптимальных решений: изучение системы управления

Исследования системы управления для пользователя — это больше, чем просто возможность избежать затрат ресурсов на неудачные проекты. Изучение системы управления:

• Обеспечивает прочную основу для принятия важных решений на ранней стадии. Исследования системы управления процессом являются основой для принятия важных решений, касающихся целей, приоритетов, области действия и потенциальных преимуществ усовершенствованной системы управления. Собранная информация об управляющей платформе и рабочих условиях технологического процесса является основой для принятия решений о выборе наилучшей технологии управления и физической конструкции системы.

• Позволяет определить все препятствия и помехи, которые могут возникнуть при реализации новой системы. Накопленная информация, касающаяся сложности управления и опорных функций, которые потребуются в дальнейшем, позволяет составить более реалистичный график выполнения работ и кадрового обеспечения для оптимального использования человеческих ресурсов. Снижает стоимость выполнения проекта. Изучение усовершенствованной системы управления является примером взаимовыгодного обучения. Инженерному персоналу поставщика необходимо собрать информацию о проекте, а инженеры заказчика должны понять возможности и конструктивные идеи того, что, возможно, будет новой технологией управления, применяемой на предприятии. Достижение такого взаимопонимания перед началом разработки проекта помогает избежать ошибочных технических решений, а также ускоряет и облегчает работу над проектом. Дает основу для оправдания проекта и оценки производительности. Данные, собранные в процессе изучения системы управления, обеспечивают документирование текущих операций. Это можно рассматривать в качестве отправной точки для оценки и подтверждения преимуществ, которые можно получить, используя разрабатываемую систему управления в особенности, если проект не предусматривает проведение официальных эксплуатационных испытаний.

План проектных работ

Для каждого проекта требуется план работ для координации и определения приоритетов решения необходимых задач, а также для управления необходимыми человеческими ресурсами, временем и деньгами. Но составление плана выполнения работ по реализации проекта APC имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать.

Каждый проект APC должен начинаться с этапа изучения системы управления для оценки проекта на основе намеченных ранее перспектив. Изучение помогает пользователю избежать затрат ресурсов на плохие проекты, обеспечить основу для принятия важных решений на ранней стадии, определить препятствия, сократить затраты и снабдить ориентирами по оценке стоимости (см. "Принятие оптимальных решений: изучение системы управления").

Проекты APC требуют большого числа итераций и пересмотров, поэтому реальный план должен предусматривать соответствующие резервы времени. В начале проекта нет четкого видения необходимых функциональных возможностей и соответствующей конструкции. Для успешного и эффективного завершения проекта всегда требуется периодический пересмотр и многократные корректировки, так как становятся очевидными дополнительные соображения и требования.

Приложение усилий, необходимых для того, чтобы предугадать проблемы, которые возникнут в проекте, не настолько очевидно. При первой встрече и на стадии продажи и пользователь, и поставщик имеют обоюдный, часто неосознанный интерес к тому, чтобы проигнорировать трудности. Для пользователя заманчиво скрыть от поставщика многочисленные тонкости требований и проблем, чтобы переложить на него бремя решения этих проблем и связанных с этим расходов, которые возникнут позднее. В то же время оставление значительных проблем в подвешенном состоянии дает возможность поставщику предложить первоначально более конкурентоспособную цену, чтобы получить заказ, надеясь получить дополнительный доход за счет последующего изменения заказа.

Но соображения такого рода в дальнейшем, при реализации проекта, когда его развитие станет наиболее актуальным, приведут к конфликтам по поводу цены, плана проведения и объема работ в рамках проекта. Не говоря уже о возникновении недоразумений и споров, на это требуются большие затраты времени и сил (которые лучше направить на проверку, настройку, обучение и документирование), увеличивая вероятность появления ошибок и перерасхода средств. Надлежащее изучение системы управления помогает выделить эти проблемы и избежать такого рода нарушений.

Без перерыва в работе

В заключение, в связи с тем, что проект АРС чаще всего используется для модернизации уже существующего предприятия, план проведения работ должен давать возможность осуществлять ввод в эксплуатацию способом, исключающим или сводящим к минимуму остановы и сбои в протекании технологического процесса.

Короче говоря, план проведения проектных работ — это идеальная ситуация, а разработка усовершенствованной системы управления — это реальная вещь. Это как в любви и браке, когда путаница между идеалом и реалиями никогда не остается безнаказанной.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *