Интеграция на софтуер за OEE със системи за исторически данни от процесите: OSIsoft PI, AspenTech IP.21 и изчисляване на OEE

Процесните хисториъри — OSIsoft PI (сега AVEVA PI System), AspenTech IP.21, Honeywell PHD и подобни платформи — са хранилищата за данни на оперативните технологии (OT), които записват времеви серии от сензорни данни от оборудване за процесно производство. Тези системи съхраняват милиони точки данни на ден: температури, налягания, дебити, токове на двигатели, положения на клапани и хиляди други процесни променливи с разделителна способност в милисекунди или секунди. Софтуерът за OEE се нуждае от подмножество от тези данни — по-специално сигналите, които показват състоянието на работа на машината, брой произведени единици и резултати за качеството — за да изчислява OEE точно, без да изисква ръчно въвеждане на данни от операторите. Интеграцията между процесен хисториър и OEE софтуер по същество е проблем на извличане и класификация на данни. Хисториърът съхранява сурови стойности от сензори; OEE софтуерът се нуждае от интерпретирани производствени състояния (работи, спряно, смяна/пренастройка, изчакване) и броя на изделията (произведени, бракувани). Свързването между тези две представяния изисква дефиниране на бизнес правила, които превеждат стойностите от хисториъра в OEE състояния — например: „ако таг X за ток на мотора надвишава 8 ампера И таг Y за скорост на конвейера надвишава 0.5 m/s, състояние на машината = Работи.“ Тези правила са основната част от проектирането на интеграцията между OEE и хисториъра. OSIsoft PI е най-широко разпространеният процесен хисториър в тежката индустрия, химическата промишленост, нефт и газ и големомащабното процесно производство. AVEVA PI System (текущата марка) предоставя слоя PI Asset Framework (PI AF), който позволява на процесните инженери да дефинират йерархии на активи и изчисляеми атрибути върху суровите сензорни данни. OEE софтуер, който се интегрира чрез PI AF, може да използва предварително изчислени сигнали за наличност и нива на производство, дефинирани в рамката за активи, вместо да обработва директно суровите потоци от сензори — което значително намалява сложността на интеграцията и използва вече извършената PI инженерна работа.

OEE софтуерът се свързва със системи за исторически данни от процеси чрез няколко технически модела, всеки от които има различни компромиси по отношение на сложност на внедряване, латентност на данните и разходи за поддръжка. Трите най-често срещани модела са: директна интеграция чрез API или SDK (където OEE софтуерът чете данни от historian чрез предоставени от производителя API-та), интеграция чрез междинен слой за данни (където data hub или слой за гранични изчисления предварително обработва данните от historian преди да ги изпрати към OEE) и OPC-UA мостиране (където както системата за исторически данни, така и OEE софтуерът се свързват към OPC-UA сървър като общ слой за обмен на данни). За среди с OSIsoft PI, PI Web API предоставя REST интерфейс, към който модерните OEE платформи могат да правят заявки, за да извличат стойности на тагове, рамки на събития (event frames) и данни за йерархията на активите. PI AF event frames — които администраторите на PI System използват за маркиране на състояния на оборудване, партидни изпълнения и производствени събития — могат да служат като основен вход за определяне на OEE състоянията, намалявайки нуждата интеграцията за OEE да извлича сами състоянията от суровите сензорни данни. Когато PI AF event frames вече са добре конфигурирани, интеграцията за OEE основно се свежда до упражнение по съпоставяне: съпоставяне на атрибутите на PI AF event frames със състоянията в OEE, след което изчисляването на ефективността следва естествено. AspenTech IP.21 (сега AspenTech Inmation) е по-често срещан в индустрии с непрекъснати процеси — рафиниране, петрохимия, специални химикали — където дискретният модел на състояния на машините в OEE трябва да бъде адаптиран, за да отговаря на метрики за ефективност на непрекъснатите процеси. За тези среди интеграцията често включва изчисляване на еквивалентни OEE метрики от данните на процеса: наличност като съотношението между времето на производство, отговарящо на спецификациите, и общото налично време; производителност като съотношението между действителния добив (пропускателната способност) и номиналния капацитет; и качество като съотношението на продукцията, отговаряща на спецификациите, към общата продукция. OEE софтуер, който поддържа персонализирано изчисляване на метрики за ефективност от данни на системи за исторически данни, а не само стандартния дискретен OEE, е по-подходящ за интеграции със системи за исторически данни в непрекъснати процеси.

Стойността от интегрирането на OEE софтуер с процесен историк надхвърля автоматизирането на събирането на данни — тя дава възможност за корелация на производствената ефективност с процесните условия, невъзможна при ръчни данни за OEE. Когато загубите по показателя наличност (Availability) на OEE се записват едновременно с процесните данни в историка, анализаторите могат да идентифицират кои процесни условия (конкретни температурни профили, характеристики на суровините, състояния на горестоящото оборудване) най-често предхождат събитията на престой. Този корелационен анализ преобразува OEE от закъсняващ индикатор в вход за предиктивна поддръжка.

За производителите в хранително-вкусовата, фармацевтичната и специалната химическа промишленост интеграцията между историка и OEE също укрепва целостта на партидните записи. Когато OEE софтуерът използва данни от историка за изчисляване на производствената ефективност за конкретни партиди, метриките на OEE се свързват с процесния запис в историка за тази партида — създавайки производствен запис за качество, който свързва резултатите от ефективността със специфичните процесни условия, при които е произведен продуктът. Тази връзка подпомага изискванията за проследяемост на партидите и укрепва информационната основа за изследвания по оптимизация на процесите.

Управленските съображения за интеграциите между историка и OEE са важни, но често пренебрегвани. Процесните историци са критична част от OT инфраструктурата и достъпът до данните от историка за изчисляване на OEE трябва да бъде проектиран така, че OEE системата да е само за четене на данните от историка — никога да не записва обратно в историка, никога да не поставя изчислително натоварване върху сървърите на историка и да работи чрез определената OT‑IT архитектура за пренос на данни (обикновено еднопосочен диод за данни — data diode — или еднопосочна защитна стена). Съгласуването на екипите по сигурността на IT и OT относно архитектурата за достъп до данни преди изграждането на интеграцията е от съществено значение, за да се избегне внедряване, което IT ще откаже да сертифицира за продукционна употреба.