• התקדם מ"בקרת תהליכים" ל"אוטומציית תהליכים"

טקסט חלופי כברירת מחדל

יכולות בסיסיות של בקרה תהליכית יכולות לשמור על יציבות תהליך, אבל כיום נדרש הרבה יותר מכך כדי לעמוד בייעדי הייצור

האופן שבו התנענו את המכוניות לאורך השנים הוא אנלוגיה פשוטה להתקדמות או לחסרונה של טכנולוגיית "אוטומציית תהליכים". בעלי מכונות נשאו עימם מפתחות במהלך החלק העיקרי של המאה. בתחילה נדרשו שתי פעולות כדי להתניע כלי רכב: סיבוב המפתח במתג ההנעה ובמקביל לחיצה עם הרגל על מתג המתנע. בשלב מאוחר יותר ההתנעה בוצעה כפעולה יחידה בעזרת המפתח. בשלב מאוחר עוד יותר, נוספו למכוניות פונקציות של נעילה מרכזית, שעדיין בוצעה בעזרת מפתח מכני.

ככל שהטכנולוגיה התקדמה, הפונקציות שבוצעו באמצעות מפתח הפכו להיות מורכבות יותר, עד אשר שהמפתח עצמו הפך בעיקרו של דבר לחסר משמעות. פונקציות בקרה בסיסיות, כגון נעילה של דלתות והתנעת המנוע או כיבויו, הפכו להיות מתוחכמות יותר. כיום המכונית יכולה לחוש את הבעלים המתקרב (או לפחות את מחזיק המפתחות של הבעלים), ובכך לפתוח את מנעולי הדלתות כשהבעלים רק אוחזים בידית. ברגע שהבעלים בתוך המכונית, המערכת מספקת אמצעי בטיחות בצורת לחצן להתנעת כלי הרכב, ומכאן אף ניתן להתקדם ליכולות של כוונון המראות, מצב הכיסא והגדרות מערכת הבידור כדי להתאים לרצונות המוגדרים מראש של נהג מסוים. אפשר לומר שהפונקציות הבסיסיות של פתיחה, התנעה וכוונון מנגנוני המכונית התקדמו ושודרגו לרמה של אוטומציה תהליכית מתקדמת.

תעשיות התהליכים התפתחו לאורך מסלולים דומים עם מערכות בקרה. על מנת לענות על השאלה מה היא בדיוק בקרת תהליך, עלינו לחזור לימים של הופעת מנגנוני הבקרה הראשונים, שבהם בקרי חוג אלקטרו-פניאומטי-מכני, בדור הראשון החליפו אנשים שביצעו משימות כדוגמת כיוונון ידני של שסתומים בתגובה למחוון מקומי כלשהו כמו למשל מד לחץ.

למרות שהתקן שימש כדי להפוך פעולה של בן אנוש לאוטומטית כבקרה על משתנה בחוג הבקרה, לא היה מושג כלשהו לגבי הפעולה כוללת של התהליך. בקר בסיסי יכול לשמור חוג יחיד במצב מאוזן פחות או יותר כל עוד אין יותר מדי הפרעות. תהליכים מורכבים יכולים לכלול אף מאות בקרים כאלה, כשהביצועים של כל אחד מהם יוצג על לוח הבקרה, אבל ההשגחה על התמונה הגדולה של התהליך עדיין נותרה תהליך אנושי.

המעבר לבקרה אלקטרונית

כאשר פלטפורמות של מערכת בקרה מבוזרת (DCS) יצאו לשוק בשלהי שנות השבעים, הם פישטו משמעותית את המכניקה של לוח הבקרה, אבל לא הוסיפו רבות לשיפור היכולות שלו. הניתוח של התמונה הגדולה היה עדיין במידה רבה באחריות בן אנוש. ברור שההתקדמות מעבר לאילוצים הטכניים של מכלולים פניאומטיים בשטח כגון צנרת אוויר דחוס, הקלה על התקנה של מכשירים ופיקוד מתוחכם יותר, אבל תפיסות הבקרה הבסיסיות לא ממש השתנו. כל ההתקדמות לכיוון של בקרת תהליכים מתקדמת (APC) ולצורות אחרות של אופטימיזציית בקרה היו עדיין בחיתוליהם. אוטומציית תהליכים המשלבת יכולת תמיכה בבקרת תהליכים מתקדמת נדרשת להקיף טכנולוגיות וטכניקות רבות ומאופיינת בשילוב של איסוף נתונים רב במקביל לעיבוד המידע באצתעות אלגוריתמים והמסנכרנים תהליכים מורכבים יותר.

למערכות ישנות היו יכולות רבות עוצמה שעמדו לרשות אלו שהיו מוכנים לחקור אותם. משתמשים מתוחכמים יותר הצליחו לממש תפיסות יסודיות של בקרת תהליכים מתקדמת גם אז בעידן הפניאומטי, אבל להצלחות אלו נדרשה דרגה גבוהה של יכולת הנדסה וחשיבה מחוץ לקופסא. מעט כלים, אם בכלל, היו זמינים באופן מסחרי כדי לתמוך במאמצים אלו. הדבר היה נכון גם לפלטפורמות ה DCS הראשונות. חברות מעטות ניסו לרתום את כוח המחשוב הרב של המעבדים שנדרש להפעלת DCS, אבל יצירת ארסנל כלים אשר נדרש להפעלת בקרת תהליכים מתקדמת בסביבה כזו לא הייתה משימה קטנה.

אופטימיזציה - קשה אבל משתלם 

המעבר לאוטומציית תהליך ו- APC התאפשרה בזכות יכולתה ליצור פלטפורמה כוללת אשר יכולה לסנכרנן ולנהל במקביל מספר חוגי בקרה או  קבוצות בקרה קטנות במורכבות גבוהה. אחד היתרונות העיקריים של הפלטפורמות החדשות הוא היכולת לשפר תהליכים כך שיתאימו ליעדי הייצור והתפעול מבחינה כלכלית, תוך עמידה ביעדים התומכים בתוכנית הכלכלית. מערכת אוטומציית התהליכים יכולה להפעיל את המפעל תוך הקטנה למינימום של צריכת האנרגיה, הגדלה מקסימום של התפוקה ושמירה על מאפיינים נדרשים של איכות המוצר. חברות שמשתמשות במערכות מסוג זה משפרות משמעותית את היכולת למצות את היכולות ממערך הייצור להן.

היישום של מערכות אלו מאתגר ולכן קבלת שירותים טכניים וייעוץ מספק פתרונות אוטומציה אשר ישלב כוחות עם מחלקת ההנדסה הפנימית בארגון יהפוך את המשימה לקלה הרבה יותר. במהלך שלב התכנון הראשוני של שידרוג מערכת הבקרה או של התקנה חדשה, ניתן להתמקד ביסודות התהליך ולהגיע אף מעבר למצב שבו שוקלים את התנאים הרצויים אשר מעבר למצב התפעול הרגיל של המערכת - קרי התניות מיוחדות, מצבי קצה ותרחישים אשר לא נלקחו בחשבון. שידרוגים של מערכות אוטומציה והתקנות חדשות יכולים לכן להחטיא הזדמנויות להתחבר עם מומחי טכנולוגיית התהליכים והאוטומציה שיכולים לחשוף דרכים טובות יותר לביצוע השינוי.

שילוב רעיונות חדשים

ספק פתרונות בחום האוטומציה יכול להביא נקודות מבט ורעיונות חדשים כדי לקדם פרוייקט אל מעבר לנקודה שנקבעה מראש על ידי המתכננים. בעוד שהאנשים במפעל נתון יכולים להבין את התהליכים במפעל שלהם מקרוב מאוד, ייתכן שלקבוצת אנשים כזו לא יהיה הזמן להתקדם מעבר ליכולות הקיימות. במקרים מסויימים, חסר לאנשים האלה ידע נרחב יותר לגבי יכולות מערכות האוטומציה שברשותם, במיוחד בנוגע לאופן שבו הוא מיושם על תהליכים במפעלים אחרים.

אחד היתרונות הגדולים של שילוב מומחה חיצוני הוא ההתחברות לידע ולנסיון המשותף של קבוצת מהנדסים גדולה יותר שעסקו בפרוייקטים רבים בסביבות רבות. כל ניסיון חדש מוסיף לבסיס הידע הקיים ומאפשר לשלב אותו כחלק מתהליך התכנון. אפילו שאלה פשוטה כמו "מדוע פעולת בקרה זו מבוצעת באופן הזה?" יכולה לעורר דיון ולגרום לחברות לשקול דרכים חדשות וטובות יותר לביצוע פונקציות שגרתיות.

יכולות רבות של מערכות אוטומציית תהליכים מודרניות עדיין מנוצלות באופן חלקי ברוב מתקני התהליכים, אפילו בחברות כאלו שרוב המומחים בתעשייה היו מגדירים אותן מתוחכמות (איור 1). עוד הרבה פחות חברות משתמשות בבקרת APC בצורה יעילה, למרות שטכנולוגיות APC בסיסיות כבר נמצאות כאן כמה עשורים.

ועוד פחות, חברות פיתחו במיוחד לוגיקות בכדי לממש אוטומציה של תהליכים ולהתמודד עם מצבי חזרה לשגרה לאחר תקלה, שינויים הנובעים משחיקה/שימוש ממושך, מצבי כשל והפרעות אחרות - על אף שמצבים כאלה הם הגורמים העיקריים להשבתות בתהליך ולאירועי בטיחות הנובעים שבסיסם בהתערבות אנושית. תקן ISA-106 שמגדיר אוטומציית תהליכים הוא אולי חדש באופן יחסי אבל התפיסות הקיימות ומיושמות בתקן נמצאים בשימוש כבר שנים רבות.

מבחינה מעשית טהורה, אין תחליף ליכולות האנושיות ולכישורים של מפעילים מנוסים בשמירה על תפקוד מיטבי במפעל, אבל כיום יותר מדי מפעלים תלויים יותר מדי בידע ייחודי המרוכז אצל מומחים בודדים במפעל בודדים ורובו אינו מתועד. סקירה של דוחות המנתחים אירועי בטיחות בתהליכים מגלים שבמצבים רבים שבהם היה מפעיל שאינו מיומן ואשר לקח שליטה ידנית על תהליך במהלך הפעלה ראשונית או חזרה ממצב שאינו שגרתי, ההחלטות שקיבל היו החלטות שגויות. מיותר לציין כי חברות מפסידות סכומי עתק במצבים כאלה.

מערכות אוטומציית תהליכים שתוכננו והוטמעו בצורה נכונה, נמצאות תמיד על המשמר מפני חריגות מהשגרה והן מוכנות להגיב ולהתריע בפני המפעילים כאשר צפויה בעיה או שנתגלתה כזו. מנגננוי בקרה חכמים ומתקדמים יותר מתוכננים לביצוע אוטומציית תהליכים במקרים חרגים אלו, גם אם השימוש בפרצודורה שכזו יתכן לעתים רחוקות. מערכות אוטומציית תהליכים יכולות לטפל באופן אוטומטי לא רק בתפעול השוטף של התהליכים במפעל אלא  גם להוסיף על הידע והפעולות של המפעיל על ידי ניתוב המידע הרלוונטי בזמן הנכון למפעילים הנכונים.

שימור הידע הרב של המפעילים

הפיכת פעולות לאוטומטיות באמצעות אוטומציית תהליכים היא דרך מצוינת לשמר את הידע הייחודי לכל תהליך בכל מתקן ואת הנסיון הרב שנצבר מאנשי התפעול בטרם פרישתם או מעבר תפקיד(איור 2). הצורך בהדרכת מפעילים חדשים עדיין נותר, אבל אוטומציית התהליכים מקטינה את התלות בזיכרון של האנשים וביכולת של האדם היחיד לקבל את ההחלטות הנכונות במצבי משבר. מערכות בקרה, גם מערכות ישנות באופן יחסי, יכולות לבצע פעולות כאלה אם מתכנתים אותן בצורה נכונה, אבל במקרים רבים תידרש מומחיות חיצונית בכדי לשלב את הפונקציונליות הזו.

כשאנחנו עוסקים "בתנודתיות כח האדם " בארגון המונעת על ידי הדמוגרפיה של העובדים, היכולת לשמר את מגוון הידע ביישום פונקציות בקרת תהליכים באמצעות אוטומציית תהליכים הופכת לחשובה אף יותר. למפעילים מנוסים יש לפעמים עושר של מידע בלתי מתועד הנוגע לתהליכים במפעל ואשר יכול לעבור תיעוד ויישום כאוטומציה במערכת הבקרה. הטכנולוגיות קיימות. כל שנותר הוא לבצע זאת - ספקי הפתרונות הבינו זאת.

יותר ציוד בקרה, יותר מכשור מתקדם

תחום נוסף שבו קיימת רמה גבוהה של תחכום ובו אוטומציית התהליכים חיונית ביותר, הוא התחום הגדל של ציוד הפיקוד המכשור והבקרה החכם (איור 3). כמות הציוד המודרני במתקן יחיד אשר כולל יכולות ניטור מורחבות ואבחון מצב כל אלמנט באופן מקיף, גדל משמעותית ובמקביל גדל גם המידע שכל אחד מרכיבים אלו מספק. ציוד זה מתחבר בקלות לרשת התקשורת המפעלית דרך מגוון של פרוטוקולים, אשר מהווה תווך מרכזי לכמויות עצומות של מידע הזורם למערכות הבקרה והשליטה .

מכשור הקצה כבר לא מעביר רק אות יחיד כדוגמת: 4-20 מילי אמפר העוקב אחר מצב התהליך, אלה כולל גם מידע נוסף ומקיך לתקינות המשדר או לגבי סטאטוס השסתום (טבלה 1). למעשה במקרים כאלו יכולה להתרחש הצפת מידע (מאוד רכיבי קצה מספקים אלפי פרמטרים) ויש לוודא כי תטופל כראוי.

עם זאת מערכת אוטומציית תהליכים שמוגדרת היטב, יכולה לייעל "עומס יתר" של נתונים דרך עיבוד ראשוני של שטף המידע אשר יהפוך אותו לשימושי וקריא עבור המפעיל. מנקודת המבט התהליכית, ריבוי נתונים אשר עובדו בצורה נכונה יכולים להיות שווי ערך למספר רב של חייוים ושעונים, אשר בסיכומו של דבר מצמצמים את כמות המידע ומשפרים את התפעול השוטף.

הצגה נכונה של נתוני התפעול בחדר הבקרה ואף במכשירים ניידים, יספקו למפעילים וצוותי האחזקה נקודת צפיה מרכזית, נגישה ומקיפה על מצב המערכת.

למרכיבי מערכת המושתת פלטפורמה אוטומציית תהליכים, יש בנוסף פונקציונליות שהיא מעבר לבקרה ישירה על ציוד הקצה או הפיכה של תהליכים לאוטומטיים, כגון: איסוף, עיבוד ושליחה של נתונים רבי ערך למערכות הניהול והתחזוקה, לבסיסי הנתונים של היסטוריית התפעול, למחשוב נייד וכיו"ב.

פיתרון שלם הגדול מסך חלקיו

לגרום לכל מרכבי המערכת לעבוד בסינכרון במגוון הטכנולוגיות הקיימות וריבוי תהליכי הייצור זו משימה לא פשוטה. בחירה בגישה המתאימה ביותר עבורך מתוך עשרות או מאות האפשרויות הקיימות אינה פשוטה, ויכולה לגרום לפעמים לוותר על ביצוע שינויים ולהישאר מאחור מתוך חשש להשקיע יותר מדי בטכנולוגיות שאולי לא יתאימו בצורה אופטימלית, או ליישם את הטכנולוגיות הנכונות בצורה לא יעילה. שניידר אלקטריק יכולה לסייע לך לבצע מיון של מה שנראה כמו אינסוף אפשרויות ולבחור באופן נכון את הגישה הנכונה לשדרוג ויישום פלטפורמת אוטומציית התהליכים .

מהרגע שהבחירה נעשתה, כל שנותר הוא לחבר בתקשורת את כל מכלולי המערכת על מרכיביהם על מנת לתמוך בקישוריות מלאה בין מרכיבי המערכת השונים ועיבוד המידע בנקודה מרכזית ויחידה. זה המקום שבו הסיוע הטכני והידע של שניידר אלקטריק הוא קריטי, מאחר שמערכות הבקרה ותתי מרכבי המערכת  נבחרו ומומשו לצורך אינטגרציה ביו מכלולים שונים לקבלת פלטפורמת בקרה ושליטה אחודה. בחירה נכונה מתבססת על הידע הרב שנצבר אצל המהנדסים והטכנאים אשר עבדו כל אחד עם המכלולים אותם בהם הוא מתמחה, בשילוב הגדרת התהליכים הנדרשת במפעל.

חברות שיישמו באופן מלא פרוייקטים בתכנון קפדני ועם עזרה מחברה המתמחה בפתרונות אוטומציה - בדרך כלל השיגו ביצועים טובים יותר, הפחיתו עלויות, שיפרו את הבטיחות וקיבלו יתרונות נוספים (טבלה 2). האפשרות להטמיע מערכות אוטומציה בעלות יכולת לבקר תהליכים במפעל ללא התערבות רציפה של בני אדם, יוצרת סביבה הרבה יותר בטוחה ומאפשרת לחברות לשגשג גם אל מול תנאים משתנים ומאתגרים. *

היתרונות שמתקבלים במעבר מבקרת תהליכים קלאסית ל"אוטומציה מתקדמת"

  • שליטה על האופטמיזציה של התהליכים
  • בקרה ושליטה מקיפה יותר בתפעול השוטף
  • אפשר ליישם מנגננוים אוטומטיים על פעולות שיכולות לגרום שיבושים כמו למשל במצבי הפעלה ראשונית או כיבוי
  • שיפור בטיחות העובדים בעזרת תגובות מהירות למצבים חריגים
  • תוספת יעילה ותומכת החלטה להתערבות אנושית
  • איסוף, ניהול ותיעוד הידע שנצבר לאורך שנים - שמירת הנסיון והידע מכוח עבודה שפורש
  • מיועד להתממשק עם ממשקים וריבוי מידע מהתקנים חכמים
  • תאימות מלאה למערכות ניהול תחזוקה, היסטורית ארועים ודיווח למכשירים ניידים לזיהוי בעיות ותקלות באופן מהיר

מאת Paul Darnbrough, P.E., CAP

אודות המחבר

Paul Darnbrough, P.E., CAP הוא מהנדס ראשי בחברת MAVERICK Technologies. הוא בעל ניסיון של יותר מ- 20 שנה בהנדסה, תיעוד ובנייה של מערכות תעשייתיות אוטומטיות ובקרה תעשייתית. Darnbrough עבד עם לקוחות רבים מארגונים קטנים  ועד חברות בדירוג Fortune 500 וסוכניות ממשלתיות על תהליכי ייצור שכוללים פלסטיקה, חומרים כימיים, טיפול בחומרים, ייצור מוצרים, טיפול במים ותרופות.

צפה בגרסה מקוונת בכתובת www.isa.org/intech/20150202.

כל הזכויות שמורות International Society of Automation Jan/Feb 2015

מאמר זה נכתב על ידי Paul Darnbrough מחברת InTech והזכויות עליו התקבלו לפי חוק דרך רשת ההוצאה לאור NewsCred