Media produkcyjne w czasach cyfrowej rewolucji, cz.3: systemy zarządzania energią w praktyce

Podobnie jak w przypadku wielu innych, większych projektów, planując inwestycję w systemy monitoringu energii, najlepiej zacząć od dobrego zdefiniowania celów. Jakie to mogą być cele? Zapewne najważniejszym z nich będzie dążenie do płacenia mniejszych rachunków.

Jednak definiowanie celów to również doskonała okazja do analizy bieżącej sytuacji i zadania sobie szeregu pytań:

• dlaczego tyle płacimy,
• czy to w porządku, czy może moglibyśmy płacić mniej,
• czy mamy wszystkie wiarygodne dane do wysuwania wniosków,
• czy jesteśmy informowani o nietypowych stanach pracy układu lub ewentualnych przekroczeniach,
• czy dane, które posiadamy można wykorzystać, gdyby pojawiły się spory roszczeniowe z dostawcą energii?

Dlaczego to takie ważne? Kluczowa jest ogólna wiedza o stanach i przemianach energetycznych zachodzących w przedsiębiorstwie. Dzięki temu możliwa jest optymalizacja zużycia, a także zwiększenie dostępności i jakości mediów energetycznych. To w efekcie umożliwia obniżenie kosztów.

Oprócz kwestii finansowych, coraz częściej pojawiają się też dodatkowe cele, takie jak bycie eko, sprostanie regulacjom, które pojawiają się na rynkach, czy potrzebie śledzenia śladu węglowego.

Na te dodatkowe cele warto spojrzeć jak na szansę. Niektóre z nich przyczyniają się również do zmniejszenia kosztów, inne pozwalają na zwiększenie sprzedaży, zapewniając dostęp do nowych rynków, podlegających specyficznym regulacjom, czy umożliwiają wytworzenie produktu, który pozwoli pozyskać nowych konsumentów, bo np. ma śledzony ślad węglowy.

Kolejnym krokiem, zanim jeszcze przystąpimy do wdrożenia systemu monitorowania energii, powinno być przeprowadzenie inwentaryzacji sprzętowej. Musimy bowiem wiedzieć, gdzie i co zainstalować lub podłączyć.

Tutaj warto wziąć pod uwagę zarówno zewnętrzne źródła związane z energią, jak i źródła własne typu sprężarki, kotłownie itp. Analizując rozpływy mediów w kontekście poszczególnych źródeł, zyskujemy świadomość ile tak naprawdę mediów przez nie przepływa. Pozwala to trzymać rękę na pulsie i reagować na różne anomalie na bieżąco, a nie dopiero wtedy, gdy przyjdzie nam zapłacić przesadnie wysoką fakturę.

Dla większości firm przegląd sprzętu jest czymś naturalnym, często jednak nie przywiązują większej wagi do inwentaryzacji systemowej. A to również ważny element tego kroku. Warto więc zastanowić się:

• jak połączymy urządzenia – za pomocą przewodów, czy bezprzewodowo?
• czy mamy odpowiednią infrastrukturę sieciową, którą można będzie wykorzystać;
• czy posiadamy PLC, które mogą posłużyć jako koncentratory danych;
• jakie możliwości dają istniejące już w przedsiębiorstwie systemy, takie jak np. systemy klasy SCADA czy HISTORIAN?

Analiza tych kwestii pomoże uniknąć niepotrzebnych komplikacji i dodatkowych kosztów.

Kiedy przeanalizujemy już motywacje i cele oraz wiemy jakimi możliwościami dysponujemy, czas przejść do konkretnego planowania. Zazwyczaj sprowadza się to do przygotowania prostej oferty, która definiuje jakie punkty i parametry chcemy zrealizować, jakie urządzenia i system zainstalować i jaki budżet możemy na to przeznaczyć.

Takie podejście stosuje wiele firm i choć jest to dobry punkt wyjścia, czasem może okazać się, że to za mało. Warto pochylić się nad tematem nieco głębiej i przeanalizować od strony mediów, co, jak i dlaczego chcemy mierzyć, a następnie odnieść to do celu i spodziewanych efektów. Dobrym pomysłem jest określenie parametrów urządzeń, które planujemy zainstalować i mediów, które chcemy monitorować.

Jeszcze szersze spojrzenie to przygotowanie kompleksowej koncepcji, która uwzględnia strategiczne, długoterminowe cele organizacji oraz pozwala na odniesienie się do już istniejącej architektury i otoczenia systemowego. Taka koncepcja może zawierać elementy tzw. mapy drogowej, określającej poszczególne etapy realizacji, bo przecież nie od razu wszystko musimy realizować. Takie podejście, czyli przygotowanie koncepcji przez audyt po ofertę daje najwięcej korzyści w długofalowej perspektywie.

Jak rozumieć kompleksowe podejście w kontekście systemów do zarządzania energią? Zacznijmy od tego, że kiedy już mamy taki system, trzeba do niego doprowadzić sygnały, a następnie te sygnały zachować. Obecnie mamy do dyspozycji wiele nowoczesnych technologii, które to umożliwiają, jak choćby IoT czy urządzenia klasy Edge. Mają one w sobie zaszyte informacje, które można wykorzystać.

Warto pamiętać o różnych kontekstach, zarówno wewnętrznych (takich jak prowadzone przez firmę operacje, zdarzenia, które mają miejsce na produkcji czy stany urządzeń), jak i zewnętrznych (typu pogoda, dostępność mediów i taryf). Te wszystkie dane warto archiwizować tak, aby w razie potrzeby mieć do nich dostęp.

Nie zapominajmy jednak, że dane to jeszcze nie informacja. Dopiero dane przetworzone dla różnych potrzeb tworzą informację, która może być dostarczona do różnych poziomów – od pracownika, którego informujemy o tym, jak jego działania wpływają na zużycie mediów, po managera, który tych samych danych będzie potrzebował w trochę innym kontekście – bardziej raportowym, analitycznym. Jeszcze innym kontekstem jest kontekst biznesowy, gdzie na wszystko patrzy się pod kątem złotówek, czyli ile na czym zyskujemy lub ile tracimy.

Dane zebrane w systemie zarządzania energią można wykorzystać dalej, czyli przerzucić je do innych systemów, wyliczyć na ich podstawie różne wskaźniki, takie jak KPI, czy TKW (Techniczne Koszty Wytworzenia). Informacje mogą też docierać do specjalizowanych systemów, takich jak CMS, informując o stanach energetycznych albo sygnalizować o stanach pracy danego urządzenia.

Wszystkie zgromadzone dane, czy to bezpośrednio z danych energetycznych, czy też z kontekstów, są pomocne i wspierają późniejsze analizy realizowane nie tylko przez człowieka, ale też wspierane przez sztuczną inteligencję.

Mówiąc o wdrożeniu systemu zarządzania energią mamy do wyboru różne scenariusze. Pierwszym z nich będzie podstawowy, początkowy system, który zbiera dane energetyczne z pewnego obszaru.

Często jednak takie systemy są rozszerzane i zaczynają być wykorzystywane do pozyskiwania kolejnych typów danych z coraz szerszych obszarów. W ten sposób podstawowy system ewoluuje w system pozwalający łączyć różne konteksty w zbiorczą informację, a czasem wręcz tworzony jest system kompleksowy, łączący w sobie źródła informacji z całego przedsiębiorstwa.

Jedną z opcji jest też łączenie systemów pro-energetycznych z innymi systemami np. z systemami do zarządzania operacjami wsparcia realizacji produkcji, czyli systemami MES. W przypadku systemów kompleksowych ciekawym pojęciem jest przemysłowa szyna danych, która pozwala na łączenie nie tylko systemów MES z systemami energetycznymi, ale także wszystkich innych systemów funkcjonujących w przedsiębiorstwie, co daje duże możliwości rozwoju informacyjnego dla przedsiębiorstwa w szerszej perspektywie.

Biorąc pod uwagę szerokie możliwości rozwoju tego typu systemów w poszczególnych etapach, najgorszą możliwą opcją jest zbudowanie systemu zamkniętego na rozwój. Wprawdzie spełni on swoją rolę tu i teraz, ale brak możliwości włączenia do niego dodatków eksperckich, takich jak np. algorytmy sztucznej inteligencji, znacznie ogranicza możliwości na przyszłość.

Przykład 1: system początkowy

Typowe kroki przy wdrożeniu systemu podstawowego to:

• zainstaluj,
• podłącz,
• wykorzystaj to, co już posiadasz.

Podłączenie może być przewodowe lub bezprzewodowe. Ta druga opcja może w wielu przypadkach okazać się korzystniejsza, ponieważ nie tylko ogranicza koszty, ale też dodatkowo przyspiesza realizację.

W systemach początkowych definiuje się dwa elementy – co mierzymy i jakie mamy parametry odniesienia podczas pomiarów. Później wystarczy tylko to udostępnić, najlepiej online, do analizy właściwym osobom, które podejmują odpowiednie decyzje.

Przykład 2: system rozszerzony

Systemy początkowe można rozszerzyć o dodatki eksperckie, które są pewną logiką zaszytą w systemie. Dzięki nim, przy wykorzystaniu wiedzy eksperckiej, zyskujemy dostęp do dodatkowych podpowiedzi, odniesienia np. do tabel klasyfikacji, powiadomienia o pojawianiu się anomalii lub awarii.

Kiedy dokładamy kolejne dane, system się rozrasta i daje coraz większe możliwości. Dobrym przykładem mogą być tutaj Wodociągi Miasta Krakowa SA, gdzie dane przez wiele lat były gromadzone na różnych poziomach aż ostatecznie doprowadziły do pomysłu zbudowania dodatku w formie algorytmu sztucznej inteligencji [AI], który wspierał zarządzanie przepompownią drugiego stopnia. Dało to nie tylko spore oszczędności, ale też podniesienie bezpieczeństwa technologicznego urządzenia i ograniczenia zużycia pomp.

Przykład 3: połączenie systemów

Informacje o zużyciu prądu czy gazu to bardzo ważne, ale na pewno nie jedyne dane, jakie są potrzebne w przedsiębiorstwie produkcyjnym. Może pojawić się zapotrzebowanie na kolejne dotyczące np. ilości sztuk, stanów maszyn czy parametrów technologicznych – tu już blisko do systemu MES, czy to w chmurze, czy lokalnie, który pozwala na dostarczenie tych informacji.

Jak podejść do tego tematu, kiedy mamy już wdrożony system zarządzania energią? Po pierwsze, może warto wykorzystać już istniejącą infrastrukturę. Skoro gromadzimy dane, mamy odpowiednie połączenia, koncentratory, kolektory danych, to można podłączyć do nich kolejne sygnały.

Po drugie, jeżeli mamy już system, który pewne dane definiuje, to może część z nich da się wykorzystać też na potrzeby systemu MES? W idealnym świecie dobrze byłoby zrealizować to w taki sposób, aby te strumienie danych były niezależne, ale tworzyły jeden spójny system dla różnych odbiorców.

Tak jak przy wdrażaniu każdego systemu informatycznego, tak też w przypadku systemów zarządzania energią – mamy pewne źródła danych, infrastrukturę i systemy, ale nie możemy zapominać o ludziach. To właśnie ludzie, mający do dyspozycji konkretne narzędzia, na ich podstawie podejmują właściwe decyzje.

Decyzje te zawsze ukierunkowane są na jakieś cele i warto dla każdego z nich angażować odpowiednich ludzi. Na poziomie źródeł będą to działy techniczne, a na poziomie infrastruktury warto zadbać o wsparcie specjalistów z IT. Na poziomie tego, co jest potrzebne i bezpośredniej obsługi poszczególnych rozwiązań zaangażowani powinni być pracownicy produkcji czy energetycy.

Cele oczywiście nadaje biznes, ale warto pamiętać też o Continuous Improvement, ponieważ nie tylko sam biznes, ale też ciągłe doskonalenie, najczęściej mają wpływ na to, jakie kolejne iteracje uruchomić i jakie cele wyznaczyć.

Dobrze dobrane systemy zarządzania energią to wiele korzyści dla przedsiębiorstwa. Wymagają przede wszystkim szczegółowej analizy celów, posiadanych zasobów, które można podczas takiego wdrożenia wykorzystać oraz starannego zaplanowania poszczególnych działań. Niezwykle istotne jest, aby zbudować otwarty system, który będzie elastyczny i nie zamknie nam drogi do rozwoju w przyszłości.

Przeczytaj również:

Media produkcyjne w czasach cyfrowej rewolucji cz. 2: Inteligentne systemy zarządzania energią

Media produkcyjne a efektywność energetyczna w czasach cyfrowej rewolucji

Artykuł powstał w oparciu o materiały z webinaru:

Cyfrowe technologie a strategie zwiększania efektywności energetycznej