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未來的過程自動化系統

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:Author發布時間:2019年06月20日瀏覽:330

  你可能很了解ARC顧問集團的市場研究報告,它量化并預測自動化系統、軟件、儀器儀表、自動化服務等多個市場。但ARC的研究并非都是定量的市場占有率/市場預測報告。ARC最近發布了3.0版的協同過程自動化系統(CPAS)研究報告,其中描述了ARC所期望的過程自動化系統的功能,更重要的是介紹了CPAS將如何幫助實際運營者實現卓越運營(OpX)。

  如今的過程自動化系統已經越來越復雜,這樣一來就更加難以評估自動化為企業增加的價值。因此我們必須確定以下幾個問題。你現在的自動化系統正在妨礙或幫助你實現業務目標嗎?它是否能提供適當的安全性和可靠性?它是否包含3級的制造運營管理(MOM)應用程序?


  采用標準信息技術,支持大量的應用程序和功能

  CPAS誕生于標準信息技術剛開始應用于過程自動化系統的時代。隨著信息技術為加工廠帶來越來越多的好處,主要的過程自動化公司紛紛推出新產品。這標志著新一代自動化系統的到來。根據供應商遇到的具體問題以及他們所期望的解決方案,每一個系統都是獨一無二的。

  ARC顧問集團所期望的系統支持過程控制、先進過程控制、運營管理應用,還輔以人工授權的應用程序,比如決策支持和高級分析工具。這一愿景需要一般的指導原則,同時提供了詳細內容,這有助于深入的內部討論以及與外部供應商進行有關生產解決方案的討論。


  減少完成項目的成本和時間

  如今,許多過程自動化系統(包括許多安裝在新工廠的系統)采用了大量的定制,并且飽受項目延誤和成本超支帶來的影響。他們與工廠資產管理、生產計劃管理等許多MOM應用的集成性也很差。其中的許多系統也受到人為阻礙,無法為有需要的人員和應用程序提供開放式的信息流。CPAS探討了許多原則,如果遵循這些原則將有助于消除這些阻礙。

  當然必須在安全的情況下實現這一切,它還必須支持新興技術,比如虛擬化、云計算、物聯網(IoT)。如今,這些信息技術已經被集成到過程自動化系統中,因此最終用戶必須考慮這些新技術帶來的各種功能以及相關的安全風險。


  當前行業標準與最佳實踐的支持

  CPAS也涵蓋了當前復雜環境下的指導標準。ARC介紹了當前的指導標準及其對自動化策略的影響,從IEC 61508和61511安全標準等國際規范到針對智能設備管理工作流程的ISA 108新標準。該研究還深入探討了CPAS在“協同”方面的功能,它將指導你如何在公司內部設立專家門戶,并優先使用那些已經安裝在你的工廠或設施的MOM應用。


  CPAS指導原則

  首先,ARC建立了針對協同過程自動化的指導原則。我們利用這些指導原則來創建該研究所包含的功能性需求、架構和技術選擇。我們將這些原則視為一個分層結構,下層的每一個原則都支持它上面的原則。首要原則是CPAS必須實現高度可靠的控制與安全功能,所有層次都由這一原則支撐。


  資產回報率(ROA)

  過程行業是一個高度資產密集型行業,ARC相信過程自動化可以為加工廠帶來極高的未實現資產回報率(ROA)。然而,大多數用戶購買過程自動化系統是用于保持技術領先,并降低總擁有成本(TCO)和風險,而不是為了實現持續改進及相關經濟收益。ARC還認為面向項目的自動化往往掩蓋了過程自動化為ROA做出的真正貢獻。這是因為在收益實現之前項目就結束了,整個項目的ROA無法識別過程自動化實現的收益。缺乏一個投資回報率反饋機制和衡量績效的基本標準使得這一問題更加復雜。


  實現卓越運營(OpX)

  卓越運營是支撐ROA的第一層。通過少花錢多辦事、高效工作、降低成本等措施,卓越運營可以帶來可測量的業績提升。更多的人做出更多的正確決定就能實現OpX。持續改進的OpX方法強化了它是一個持續過程這一概念。


  有效性、敏捷性和可視化

  有效性、敏捷性和績效可視化是卓越運作的關鍵。有效性和敏捷性支持完美運營的原則。研究表明在北美加工廠的平均運營水平不到四西格瑪的績效水平。


  自動化和授權

  將所有應當自動化的工序自動化,同時你必須確保始終以最佳方式來執行手動操作。自動化還節省了為員工授權的時間,這讓知識型員工有機會去完成更多的增值工作。


  自動化資產管理

  因為CPAS是基于標準的,所以它可以支持多個供應商,每個應用程序都有自己的配置和系統管理工具。現有的自動化系統正在朝著CPAS的愿景發展,但其中大多數仍擁有專用的系統通信和配置管理環境。CPAS提供了一個開放的平臺和混合的供應商環境。在該環境中,每個應用程序都保留自己的系統及配置管理,但一個用于配置管理和系統健康的自動化資產管理設備解決了多個系統及配置設備的問題。


  透明的功能,簡單的邏輯

  應用程序需要直接對整個加工過程進行交互操作,無需中間數據庫或網關。通過清除障礙,應用程序可以在緊湊而開放的配置下運行。統一的通信環境讓應用程序具有透明的功能。一體化依賴于標準,從而減少網關。


  數據的確定性和可追溯性

  CPAS的成功依賴于可靠的數據信息收集、保存和交換。對于傳統的過程控制裝置,由于各種原因有高達百分之十的設備信號是不準確的。因此,為數據添加相關的質量信息或標簽是非常重要的。因變量數據也應該有質量標簽。規范的行業要求產品成分的可追溯性,這就是為什么CPAS也擁有可追溯功能。


  架構視圖

  從結構來看,CPAS架構以通用的信息基礎設施或單一的通信骨干網為中心。由于以太網TCP/IP已經成為商業、制造業和個人的標準網絡協議,因此它可以被稱為單一的邏輯通信骨干網。這一基于標準的架構擁有很長的生命周期,并且支持革命性的系統升級方式以及供應商肯定會推向市場的新一代系統。

  CPAS包括一個用于連接無線本地局域網(WLAN)的天然架構。它可以輕松連接用于過程控制的現場總線和用于離散控制的設備總線。分析儀、振動監測設備等針對特定應用程序的設備也可以很輕松地接入。它可以為各種應用和任務配置應用服務器。服務器使用冗余通信通道或虛擬服務器配置以確保可靠性。因為它們共享基于以太網的相同骨干網,所以業務系統和自動化系統可以更容易地通信。


  防護

  工業網絡防護專家正在關注如何保護工廠和過程自動化系統。遺留系統非常重要,因為它們主導了控制系統的結構,并且其中許多仍有很長壽命。它們的設計也不安全,所以工業網絡防護的重點主要集中在保護脆弱的網絡和控制元件。供應商為新系統制定了類似的策略,因為其中大多數都基于遺留的產品平臺和協議。

  CPAS將防護設計的原則融入自動化硬件、軟件和網絡中。它還包括連接物理防護與訪問控制系統的必要接口。所有大型自動化供應商都應該提供一個集成網絡防護的解決方案,可能還需要提供與網絡防護相關的關鍵服務,比如現場評估。

  移動、物聯網、云計算等領域的技術進步正在為行業帶來革命性變化。控制系統必須適應開放的、技術驅動的新世界。盡管會帶來額外的安全風險,但未來的控制系統設計將利用這些新技術,并且結合網絡傳感器和智能資產。

  非常有必要為這一轉變過程繪制一張路線圖。防護組織、流程和技術的變化非常費時,因此必須在采用這些技術之前就緒。期望網絡風險來阻礙新技術的應用是一種幼稚的想法。由于成本和績效的收益巨大,競爭將迫使整個行業都采用新技術。


  安全

  重大的工廠事故通常是多個因素同時作用的結果,但并非所有危害都相同。強調個人安全、工作安全規則和最佳操作的工廠可能還是有過程危害的風險。過程安全確保工廠和設備經過精心設計,被安全地使用,并且得到妥善維護,這樣可以防止傷害人員、財產和環境。

  事實上,系統設計永遠無法杜絕事故的發生,但可以利用強大的企業安全文化對其進行管理。完善的安全生命周期管理需要經過培訓和認證的優秀人才。令人擔憂的是安全設備的維護經常被忽視。因此,急需對運營和維護人員進行安全系統測試的培訓和認證。


  整合防護與安全

  安全和防護曾經是獨立的問題;然而這一觀念正在迅速改變。在制造過程中集成這兩項關鍵功能已經越來越普遍,這是因為:

  ?兩者都有安全和防護的共同目標

  ?兩者都涉及人員安全

  ?兩者都會造成生產中斷和停機時間

  ?不安全的行為或安全漏洞造成的影響是相似的

  采用一個共同的方法或生命周期法來實現安全和防護是很有必要的,因為它能減少無用功,降低遺漏的可能性,而且有助于開發更安全的系統。同時進行安全和防護的評估更為有效,更不容易產生錯誤和遺漏。

  由于商業技術和操作系統的大規模普及,漏洞也在不斷增加。隨著網絡和開放系統的普及以及信息技術基礎設施被納入控制系統,我們需要信息技術安全專家的專業知識來幫助管理這些技術。

  然而,我們不能總是將IT安全的做法直接應用到過程自動化中。他們需要為自動化系統量身定制。這一現實要求兩個領域的有機結合,發展出一個有效整合安全與防護的方法。

  鑒于兩個領域的整合已經在進行中,那么工廠應該做出哪些改變呢?風險分析是一個好辦法。執行熟悉的HAZOP分析將是一個正確的選擇,它采用組合的安全與防護生命周期。這時會出現四種類型:需要分析內部、外部、偶然和故意的危害。分析研究事故往往會發現漏洞,從而阻止相同危害的發生以及人為的故意攻擊。

  CPAS是一個前瞻性報告,能讓你重新思考自動化的理念。它提供了用于構建長期戰略的先進規劃工具和理論基礎,旨在提高企業效益并降低風險。

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