六个问题可以帮助消除高级过程控制的障碍

高级过程控制见解

• 先进过程控制(APC)是过程制造商增强和增强通常已经存在于工厂车间的技术的一种方式。
• APC还允许制造商将许多不同的策略整合到一个连贯的计划中，从头到尾运行。
• APC确实需要公司并不总是拥有的专业知识，但顾问和其他第三方可以帮助填补空白，甚至提供有用的建议;置身于公司流程之外，可能会导致创新思维。

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过程制造商通常利用控制软件中的高级过程控制(APC)功能，而不仅仅是解决基本的监管控制挑战。由于工艺制造商面临着越来越大的压力，要求他们用更少的成本做更多的事情，许多人正在研究如何通过使用先进的自动化来提高质量、减少变化和提高产量。APC优化控制的最佳性能可能。

APC将监管控制元素结合在一起，创建一个更复杂的结构，充分释放自动化的力量。虽然监管控制是围绕着在过去几十年里没有发生重大变化的知名算法和策略构建的，但APC要求团队根据他们正在管理和控制的特定过程定制自动化。

然而，意识到APC的复杂性使许多运营团队确信，APC超出了他们的能力和能力，特别是由于工厂正在努力留住经验丰富的人员，因为他们正在退休。询问关于APC的这六个问题可以帮助工艺制造商了解APC是可行的，并且通常是保持竞争力所需的关键策略。

1.什么是高级过程控制?

APC是软件逻辑的应用，充分利用现代过程控制的全部价值。使用先进的工具，如统计建模、分析、模型预测控制(MPC)、多回路控制等，过程制造商可以最大限度地提高自动化系统的效率，以实现更严格的控制和更低的可变性。更严格的运行控制系统提高了质量，提高了产量和能源效率。

2.站点是否有高级过程控制的业务需求?

APC已经有很长一段时间了，在一些加工行业已经普遍存在。在生产利润率较低产品的工厂中，APC一直是成功的关键驱动力，它收紧了控制策略，以消除浪费，减少能源消耗，并显著降低生产成本。

虽然所有工艺制造商都希望实现利润和质量最大化，但市场正在发生变化。如今，公众对公司的审查更加严密。投资者和公司都注意到了这一点。作为回应，越来越多的工艺制造商正在分享有关新兴可持续发展举措的细节，而这些举措必须得到产品制造工厂的支持。

通常，人们想象可持续发展是由工厂的大变化驱动的，如安装太阳能电池阵列或计划对工厂设备进行拆卸和更换大修，或安装更高效的机器。但是，任何组织在试图寻找更可持续运营的方法时，首先应该考虑的是其工厂运营的效率。效率和可持续性是不可分割的。

APC减少了操作的可变性，以帮助确保更有效的能源使用，这是可持续运营的关键指标。这是一个在电弧炉上实施APC的工艺制造商的情况。通过收紧对炉能耗的控制范围，工程师们将过程能耗降低了15%至20%。节能很快就证明了投资回报，并减少了工厂的能源足迹，以推动更可持续的制造。

3.实施先进的过程控制是否会增加操作员的工作量?

今天的运营和维护团队比10年前要小得多，但他们的工作效率也比以往任何时候都要高。在这些挑战下工作，通常会让团队夜以继日地进行维护和操作挑战。这样的团队可能会觉得他们没有足够的带宽来专注于优化。

然而，操作和维护(O&M)团队的大部分日常工作都是由于操作中的流程可变性造成的。当工厂的生产或员工管理流程的方式出现较大波动时，固定设备(如泵、电机和其他资产)通常会更努力地应对流程的变化。这种不断的变化会导致可靠性问题的增加，并在下游造成工艺扰动。

当团队习惯于不断“救火”实施APC时，他们开始在更窄的范围内操作，使过程更可预测。像旋转设备这样的资产不再受到来自不受控制的环境的同样的波动。更严格的控制导致更少的损耗，以及更多的可预测性。

这个概念也适用于多个单元操作。如果一个工厂有五种控制策略，但没有一个全面的APC策略，操作和维护可能会单独优化每个过程，导致五种单独的策略发挥最佳效果。然而，这些性能良好的循环也可能相互竞争，降低或消除通过仔细的流程调优获得的效率。APC共同优化所有循环，考虑每个循环的需求，并在整个工厂内协调战略，以优化特定的结果。

然而，虽然APC可以帮助运营和维护团队在减少日常消防方面取得重大进展，但内部往往很难认识到这种需求。在许多情况下，团队太忙了，以至于无法“知道他们不知道什么”。在这些情况下，从自动化合作伙伴那里获得帮助会很有帮助。

外部顾问具有不同的视角，因为他们不在日常运营的杂草中，可以识别可能难以被嵌入式工厂人员注意到的运营挑战。他们还可以帮助确定需要更改的领域，计划和实施这些更改，并建立路线图，以保持APC逻辑、模型和实践在工厂设备的生命周期中保持最新-现场团队可能太忙而无法自己进行的活动。

对于一家食品和饮料制造商来说，由于工厂设备性能不佳，产品质量下降，意外的工艺变化和停机，APC提供了全面的解决方案。运营和可靠性团队实施了MPC解决方案，以更好地控制干燥机组的温度和气流，并稳定离心机上的进料。这些变化减少了行程并稳定了操作，最大限度地提高了产品吞吐量，同时还提高了产品质量(图1)。

4.高级过程控制不是适用于更大的组织吗?

APC项目的扩展程度取决于设施的需要。事实上，一些最成功的APC项目都是针对工厂内的特定问题的小型项目。

实施APC的最成功的团队确定了他们想要控制的特定经济变量，并围绕该变量优化流程，从而优化整个单元操作。最好的项目通常是最细粒度的，因为有一个具体的问题需要解决，不仅有助于获得执行资金，而且在获胜后更容易显示投资回报，从而产生对进一步项目的兴趣。

一家北美化学品制造商需要提高生产目标率，但还没有准备好对工厂进行大修。运营团队在生产单元上实现了MPC，以调整变量并收紧现有流程中的约束。APC项目的估计投资回报——包括减少10%的非标准生产，提高产量，每年节省超过600万磅的蒸汽——在不到6个月的时间内实现(图2)。

关键是要明白，从小处开始是可能的，而云计算等新技术使这变得更容易，并在实施过程中可扩展。有远见的组织开始用模拟软件规划APC。在优化项目开始之前，这些项目团队构建APC的模拟，以演示理论上的价值提升。当项目完成时，模拟的值不会停止。在现场实施之前，同样的模拟可以用于测试和验证任何更改，也可以在实施期间和之后作为操作员和工程师的综合测试和培训工具。

几年前，这种模拟技术除了最大的组织外是遥不可及的。然而，今天，云模拟平台提供的订阅模式大大降低了进入门槛。这些云模拟服务是可伸缩的，它们提供第三方管理来更轻松地部署、更新和维护技术。

5.现场人员是否具备实施先进过程控制的专业知识?

考虑APC的关键问题之一是现场缺乏经验丰富的人员来设计、部署和管理先进的控制逻辑。APC设计确实需要工程师具有深厚的工艺知识和理解，在过程控制方面有丰富的经验，并理解高级算法的深层复杂性。但是，这个工程师不需要是公司内部的员工。

工艺制造商通常会与服务提供商合作，以帮助识别、设计和执行APC策略。这种合作关系带来的明显好处是，使一个没有深厚专家基础的组织能够利用APC，但意想不到的好处还可能产生更快的投资回报。

专家服务提供商将把项目设计包装在一个基于结果的计划中，以帮助建立项目的商业案例，并帮助现场团队清楚地展示其胜利和项目的价值，为未来的进步建立动力(图3)。

在一个案例中，一家全球化学品制造商需要在一个现场进行工艺改进，但缺乏具备实施所需技能和时间的人员。该组织与一家公司合作实施了一项控制绩效计划，其中包括由经验丰富的高级控制顾问提供的每月服务。顾问处理监管控制改进和MPC，并在控制系统管理方面提供协助。

最终，制造商估计每年可以节省超过10万美元的能源，通过加强控制每年可以直接改进超过20万美元的过程，并且在不到60天的时间内就获得了初始投资的回报。

6.为什么今天是组织追求高级过程控制的好时机?

最近，许多因素综合在一起，使APC成为比以往任何时候都更有价值的战略。如今，由于利润紧张和供应链中断，这些工厂面临着越来越大的压力。高管们也比以往任何时候都更严格地审查工厂的表现，因为他们更加关注可持续运营，以满足股东、员工和全球公众的期望。

随着新举措对流程制造商施加压力，要求他们以更少的成本做更多的事情，自动化和APC的世界正在发生变化。虽然上面讨论的技术仍然存在，并且仍然为采用它们的组织提供了显著的性能优势，但过程控制技术堆栈也在迅速发展。

这种快速的技术进步正在连接人员和流程，使其成为自动化历史上组织开始APC之旅的最佳时机。这种合并所产生的技术堆栈使得适应和优化软件功能以超越线性控制变得更加容易。用户可以将APC应用到比以往任何时候都多的用例中，在他们的自动化工具箱中有更多的工具来为他们独特的环境定制解决方案。此外，这种定制是建立在已经为特定行业创建的模型的深厚基础上的。结合人工智能功能来创建快速播种和定制这些模型的算法，自动化团队可以在不到一年的时间内非常快速地创造价值并展示投资回报。

考虑一个具有自顶向下主动识别和解决可持续性问题的工艺工厂。为了实现这一点，团队需要在多个单元之间尽可能紧密地运行其过程。通过应用复杂的算法，团队不仅可以跟踪工艺条件，还可以实时响应设施中每个单元的工艺条件变化。与线性控制的局限性不同，同一团队可以使用APC来保持最佳操作条件。

将先进的过程控制带入工厂

乍一看是APC的障碍，经过仔细观察，往往证明是机会。APC使过程制造商能够充分利用他们现有系统的能力，因为许多关键技术都内置在现有的控制系统中。利用这些功能不仅可以提高性能，还可以将工厂人员从许多占用他们宝贵时间的低价值任务中解放出来。它还减少了流程的可变性，以提高吞吐量和效率，有助于提高利润和顶级绩效的可持续性。

肖恩·西姆斯艾默生DeltaV平台副总裁。由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:过程制造，先进过程控制

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