Tính khả dụng trong các ứng dụng rời rạc và quá trình đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục với độ tin cậy cao potx

Tính khả dụng trong các ứng dụng rời rạc và quá trình đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục với độ tin cậy cao Giới thiệu Đối với nhiều ngành sản xuất, việc nâng cao tối đa thời gian hoạt động của hệ thống là một nhiệm vụ bắt buộc, bởi nó quyết định đến năng suất và lợi nhuận của doanh nghiệp. Nguy cơ ngừng hoạt động sản xuất là mối lo ngại lớn tác động xấu đến hiệu quả. Theo ARC Advisory Group, hao tổn chi phí ngừng hoạt động trung bình khoảng 12.500 USD mỗi giờ, dĩ nhiên có thể ít hơn đối với một số nhà máy và nhiều hơn với rất nhiều nhà máy khác. Do rủi ro mà sự cố hệ thống ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh và lợi nhuận, các ngành quyết tâm tìm ra lợi thế cạnh tranh bằng cách điều chỉnh lại giải pháp của họ, dẫn tới yêu cầu về cấp độ khả dụng cao hơn. Nguyên tắc cơ bản đằng sau một hệ thống điều khiển có tính khả dụng cao là chuyển điều khiển từ bộ điều khiển “đang hoạt động” sang bộ điều khiển “dự phòng” tại thời điểm xảy ra sự cố, giúp giảm thời gian chết hệ thống bằng cách kiểm soát liên tục mọi diễn biến quá trình. Điều này giúp tạo ra độ tin cậy và nâng cao công suất so với một bộ điều khiển đơn không có khả năng dự phòng nếu sự cố xảy ra. Người ta tin rằng, việc sử dụng các giải pháp có tính khả dụng cao sẽ ngày một phổ biến trong các ngành quá trình thường phải tốn chi phí ngừng hoạt động tiềm ẩn cao như điện, năng lượng, nước và dược phẩm. Tuy vậy, các giải pháp có tính khả dụng cao cũng có thể mang lại lợi ích lớn cho các nhà sản xuất rời rạc với các hoạt động ở tốc độ cao, phức tạp, ở đó tác động về kinh tế trong thời gian ngừng máy trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra tổn hại về tài chính, hoạt động và uy tín vô cùng lớn. Bài viết này trình bày khía cạnh tài chính của đầu tư vào công nghệ có tính khả dụng cao và là sự nhìn nhận sâu hơn về những đặc điểm mới nhất cũng như ưu điểm của các giải pháp để có hoạt động liên tục, hiệu quả, loại bỏ các yếu tố dẫn đến tốn kém chi phí, độ phức tạp cao, yếu tố sự cân bằng hoạt động và những vấn đề hỗ trợ phức tạp khác. Xu hướng ngày nay Nền kinh tế ngày một suy yếu đi trong những năm gần đây đã làm gia tăng nhu cầu tối ưu hóa các hoạt động đối với các ngành sản xuất. Việc tập trung vào giảm chi phí đồng thời tăng hiệu quả đã dẫn đến việc nhiều công ty tiến hành cơ cấu lại tổ chức, đóng cửa, hợp Hình 1. (Nguồn: Oracle) nhất một số nhà máy và ngày càng ít sử dụng đến nhân viên bảo dưỡng, những người thường hỗ trợ giải quyết các sự cố hệ thống và ngừng máy. Các ngành phụ thuộc vào sự hỗ trợ bảo dưỡng từ bên ngoài để giải quyết vấn đề ngừng nhà máy cũng đang vật lộn với các thiết bị được hỗ trợ ít hơn trước đây. Bởi vì các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã tiết giảm nhân lực hay hợp nhất với các nguồn nhân lực khác để giảm thiểu chi phí. Do đó, ngày càng có nhiều ngành không tìm ra được phương pháp hiệu quả và kịp thời giải quyết các sự cố hệ thống, hậu quả là rủ ro càng tăng và chi phí tốn kém tiền ẩn càng lớn. Thí dụ, một bộ điều khiển thông thường mất khoảng 1 giờ để sửa chữa, nhưng nếu máy móc không được bảo dưỡng tại chỗ, thời gian chết có thể kéo dài tới 8 đến 16 giờ. Do các nhà sản xuất giảm nhân lực bảo dưỡng của mình và thuê các công ty sửa chữa bên ngoài, khung thời gian này dài hơn là điều đương nhiên. Do đó, một máy quan trọng ngừng trong 8 giờ với chi phí trung bình khoảng 12.500 USD mỗi giờ sẽ làm tốn kém của công ty 100.000 USD đối với mỗi sự cố. Nắm rõ sai số cho phép ngừng máy Tùy theo từng ngành, ảnh hưởng về kinh tế của việc ngừng hoạt động nhà máy có thể khác nhau đáng kể, tùy theo các yếu tố như quy mô kinh doanh cũng như các yếu tố khác. Thí dụ, các công ty có khả năng phục hồi hoạt động sản xuất thủ công có thể sử dụng lại chức năng này khi hệ thống của họ bị ngừng, mặc dù thường là ở một cấp độ tích cực thấp hơn đáng kể. Ngược lại, một số công ty không thể tiến hành bất cứ một hoạt động kinh doanh nào trong suốt quá trình nhà máy ngừng hoạt động hoặc phải hủy toàn bộ hoạt động đang diễn ra. Hệ thống có tính khả dụng cao cung cấp thời gian chạy máy 99,999% so với 99,9% đối với một bộ điều khiển. Như đã chỉ ra trong hình 1, .099% còn lại có thể là sự khác biệt giữa 5 phút ngừng máy so với 9 giờ ngừng máy hàng năm, dẫn tới hàng chục ngàn tới hàng triệu USD bị lãng phí, tùy theo từng ngành và từng loại hình hoạt động. Để xác định nhu cầu về một giải pháp có tính khả dụng cao, các ngành cần xem xét tới những rủi ro về tài chính, uy tín và hoạt động của việc ngừng máy. Bảng 1. Nếu chi phí ngừng máy hàng năm ngang bằng hoặc cao hơn so với chi phí đầu tư vào m ột hệ thống có tính khả dụng cao, hoàn vốn đầu tư có thể thực hiện được trong vòng 1 năm hoặc nhanh hơn. Vấn đề hoàn vốn đầu tư của một hệ thống có tính khả dụng cao Để dự đoán khung thời gian cho lợi nhuận từ đầu tư rõ ràng, các ngành phải hiểu được chi phí thực của việc ngừng máy, trong đó có nhiều mục, bao gồm chi phí sửa chữa, nhập phụ tùng mới, bảo dưỡng, năng suất bị giảm, Hiệu ứng dây chuyền mà việc ngừng hoạt động tác động lên toàn bộ dây chuyền sản xuất có thể xẩy ra với các dây chuyền khác mà nó cung ứng, có thể nhanh chóng làm tăng chi phí ngừng sản xuất. Thí dụ, một dây chuyền sản xuất ở tốc độ cao tốn kém hàng năm 50.000 USD do ngừng máy. Việc đầu tư vào tính khả dụng cao là khoảng 15.000 USD về phần cứng trong đó có việc tăng số lượng CPU, bộ cấp nguồn, bảng nối đa năng, mạng liên kết đồng bộ hóa và I/O LAN. Vì thế, hoàn vốn đầu tư đối với một giải pháp có tính khả dụng cao sẽ nhỏ hơn 4 tháng. Nếu chi phí ngừng máy hàng năm lớn hơn, hoàn vốn đầu tư thậm chí sẽ còn nhanh hơn. Trước đây, chi phí đầu tư vào hệ thống có tính khả dụng khá cao có thể là nguyên nhân làm cho các nhà sản xuất không dám xem xét tới giải pháp này. Tuy nhiên, như đã thấy trong hình 2, một giải pháp có tính khả dụng cao có thể đem lại khả năng hoàn vốn nhanh chóng và tiết kiệm được đáng kể chi phí so với chi phí ngừng máy. Ưu điểm của các hệ thống có tính khả dụng cao Bên cạnh việc làm tăng tính khả dụng cho hệ thống, các giải pháp này còn tận dụng những công nghệ mới nhất để có thể làm cho hoạt động sản xuất nhanh hơn, hiệu quả hơn, và linh hoạt hơn so với trước đây. Bộ nhớ lớn, tốc độ truyền cao, và chuyển đổi dễ dàng Để nâng cao tối đa công suất hệ thống, các nhà sản xuất rời rạc và quá trình cần đến một hệ thống có tính khả dụng cao có khả năng đồng bộ hóa một lượng lớn dữ liệu đồng thời đáp ứng thời gian chu trình máy tốc độ cao. Những tính năng này rất quan trọng nhằm đảm bảo chuyển đổi bộ điều khiển dễ dàng trong trường hợp xảy ra sự cố, do đó không làm ngừng máy trong quá trình chuyển đổi bộ điều khiển, một nguyên nhân gây ra lỗi sản phẩm. Thí dụ, các giải pháp có tính khả dụng cao PACSystems* của GE Intelligent Platforms có thể truyền tới 2 Mbytes dữ liệu qua mạng cáp quang với tốc độ 2,12 Gbits/giây. Các CPU được đồng bộ hóa nên chúng đều được cập nhật đồng thời, do đó việc chuyển đổi sẽ được thực hiện dễ dàng. Ngoài ra, liên kết đồng bộ hóa sợi quang có thể mở rộng tới 300 mét giữa các PLC dự phòng, mang đến 3 lợi ích quan trọng: • Cho phép sử dụng trong môi trường có độ ồn cao mà không cần quan tâm tới hiện tượng nhiễu mạng. • Tạo ra một cấp độ cách li cao giữa các bộ điều khiển trong trường hợp hỏa hoạn và những hư hỏng do tai nạn, do đó các hệ thống điều khiển quan trọng có khả năng duy trì được hoạt động • Cung cấp khả năng đồng bộ hóa dữ liệu thời gian thực, thậm chí ở khoảng cách 300 mét. Bảng 2. Dữ liệu được đồng bộ hóa giữa CPU đang hoạt động và dự phòng tại cả điểm truyền đầu vào và điểm truyền đầu ra và có thể được truyền trên cả liên kết dự phòng. Nếu một liên kết bị hỏng, đường truyền sẽ chuyển sang liên kết khác mà không đánh mất đi sự đồng bộ hóa. Cấu hình hệ thống đơn giản Để tối ưu hóa tác vụ điều khiển, các ngành cần phải có một hệ thống với tính khả dụng cao không đòi hỏi phải chuẩn bị cầu kỳ để đồng bộ hóa dữ liệu giữa các ứng dụng và các hệ thống bên ngoài. Thí dụ, khả năng gỡ lỗi và giám sát hệ thống trực tuyến sử dụng các công cụ đơn giản, trực quan; thay đổi các danh mục truyền mà không cần phải làm gián đoạn quá trình; hoặc thiết lập cấu hình phần cứng với thông số chính xác phục vụ kế hoạch dự phòng có thể tiết kiệm đáng kể thời gian; tiết kiệm công sức và cả chi phí hiệu chỉnh kỹ thuật. Giải pháp như PACSystems đóng vai trò như một hệ thống tích hợp hoàn chỉnh, đơn giản hóa dự phòng ở mọi cấp độ, một lợi thế quan trọng đối với các ngành sản xuất. Thí dụ, giải pháp này bao gồm phần mềm Proficy* Machine Edition, cho phép lập trình hướng đối tượng và đơn giản hóa cấu hình, giám sát và bảo dưỡng. Dự phòng có khả năng mở rộng. Hệ thống càng linh hoạt, các ngành càng có khả năng bảo vệ đầu tư hiện tại cũng như tương lai đồng thời nâng cao tối đa năng suất, tăng giá trị thực tế và sử dụng dễ dàng. Một hệ thống có tính khả dụng cao sẽ cho phép tích hợp với các hệ thống và thiết bị hiện nay cũng như trong tương lai. Thí dụ, một hệ thống I/O phân tán linh hoạt có thể giảm chi phí kết nối dây và giảm độ phức tạp máy móc, những lợi thế quan trọng đối với bất cứ ngành nào ứng dụng công nghệ điều khiển dự phòng vào hoạt động của mình. I/O từ xa PACSystems RX3i ENIU hỗ trợ Ethernet LANs dự phòng và nhiều modun mạng khác. Nó có thể mở rộng sang cả LAN và nhận tín hiệu từ các thiết bị trường sử dụng các bus trường thông dụng, và tất cả các modun, bao gồm I/O rời rạc và I/O, card thông minh và hỗ trợ dự phòng nóng. Ngoài ra, PACSystems có 2 ứng dụng khác nhau chạy trong các bộ điều khiển, cho phép người sử dụng thêm bớt hay chỉnh sửa logic khi máy đang chạy; nếu thay đổi không được chấp nhận, nó sẽ quay trở lại ứng dụng ban đầu mà không cần tắt máy. Tính khả dụng cao có phù hợp với ngành sản xuất của bạn? Dưới đây là một số câu hỏi giúp bạn xem xét liệu hệ thống khả dụng có trở thành một giải pháp lý tưởng cho hoạt động của bạn. • Hàng năm, bình quân hệ thống của bạn ngừng hoạt động bao nhiêu lần? • Thời gian sửa chữa trung bình (MTTR) đối với máy/quá trình của bạn là bao nhiêu? • Chi phí sản xuất bị thất thoát mỗi giờ? • Chi phí ngừng máy hàng năm (số lần máy bị ngừng mỗi năm x MTTR x chi phí ngừng máy mỗi giờ)? • Máy này có phải là nguồn cấp cho các dây chuyền khác bị ảnh hưởng khi nguồn cấp bị ngừng hay không? Nếu vậy, tốn kém chi phí như thế đối với các máy hạ lưu khi hệ thống bị dừng hoạt động? • Bạn thường đóng tắt máy bao nhiêu lần để thay đổi điều khiển và chi phí cho năng suất bị thất thoát trong quá trình thay đổi đó ? • Bạn có hỗ trợ bảo dưỡng để sửa chữa máy tại chỗ hay không, hay bạn thuê công ty ngoài? Kết luận Sự cố hệ thống mang lại những tác hại cho hoạt động kinh doanh và lợi nhuận của bạn với nhiều ảnh hưởng tiêu cực, trong đó có năng suất, lợi nhuận, sự thỏa mãn của khách hàng và uy tín của công ty. Thậm chí ngừng sản xuất trong một thời gian ngắn có thể rất tốn kém, một rủi ro mà các công ty không thể tránh khỏi trong môi trường cạnh tranh cao hiện nay. Với các nguồn lực hỗ trợ ngày càng ít và nhu cầu đảm bảo hoạt động liên lục ngày càng lớn, các giải pháp có tính khả dụng cao cung cấp cho các nhà sản xuất rời rạc và quá trình một phương pháp hiệu quả, tin cậy để nâng cao độ bền hoạt động, nâng cao tối đa thời gian chạy máy và ít phụ thuộc vào đội ngũ hỗ trợ bảo dưỡng hay sửa lỗi. Như đã giải thích, các hệ thống có tính khả dụng cao có thể đem lại khả năng hoàn vốn đầu tư nhanh chóng đồng thời giúp các công ty tận dụng được những công nghệ mới nhất để có được công suất sản xuất cao và ứng dụng một cách dễ dàng. Các giải pháp này đáp ứng được những tính năng thiết yếu mà các ngành cần để có được thời gian chạy máy tối đa cũng như một lợi thế cạnh tranh bền vững. . Tính khả dụng trong các ứng dụng rời rạc và quá trình đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục với độ tin cậy cao Giới thiệu Đối với nhiều ngành sản xuất, việc nâng cao tối đa thời gian hoạt động. cho các nhà sản xuất rời rạc với các hoạt động ở tốc độ cao, phức tạp, ở đó tác động về kinh tế trong thời gian ngừng máy trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra tổn hại về tài chính, hoạt động. doanh nào trong suốt quá trình nhà máy ngừng hoạt động hoặc phải hủy toàn bộ hoạt động đang diễn ra. Hệ thống có tính khả dụng cao cung cấp thời gian chạy máy 99,999% so với 99,9% đối với một