Khi các nhà máy sản xuất hình dung về tương lai

Các giải pháp điều khiển thông minh đang chuyển đổi ngành công nghiệp chế biến như thế nào

Hãy tưởng tượng một nhà máy hóa chất có khả năng lường trước tương lai - không chỉ vài giây, mà là hàng giờ phía trước. Một cơ sở như vậy có thể chủ động phát hiện sai lệch quá trình, dự đoán các giới hạn áp suất tới hạn trong lò phản ứng hoặc dự đoán chất lượng sản phẩm giảm sút. Sau đó, nó sẽ ngay lập tức bắt đầu điều chỉnh. Trong ngành công nghiệp chế biến, nơi các thông số hoạt động quyết định thành công hay thất bại, mức độ dự đoán này là tối quan trọng. Tầm nhìn này không còn là khoa học viễn tưởng. Nó đang trở thành hiện thực nhờ một sự đổi mới đang chuyển đổi các nhà máy hóa chất, nhà máy lọc dầu và cơ sở sản xuất dược phẩm.

Nghệ thuật kiểm soát dự đoán

Tiến sĩ Bernd-Markus Pfeiffer của Siemens, được công nhận là Nhà phát minh của năm 2025 trong danh mục “Thành tựu trọn đời”, là động lực thúc đẩy sự chuyển đổi này. Ông ủng hộ một hệ thống dựa trên dữ liệu liên tục tính toán hàng chục kịch bản trong tương lai, xác định con đường tối ưu cho các hoạt động liền mạch và hiệu quả trong thời gian thực. Điều này thể hiện một sự thay đổi mô hình triệt để cho toàn bộ ngành công nghiệp chế biến: kiểm soát chủ động thay thế phản ứng đơn thuần.

Nhiều đổi mới của Pfeiffer góp phần vào mô hình kiểm soát dự đoán (MPC). Nguyên tắc của nó giống như một người chơi cờ vua, người chiến lược không chỉ là nước đi tiếp theo, mà là mười nước tiếp theo. Không giống như các hệ thống điều khiển truyền thống phản ứng với sai lệch, MPC “suy nghĩ” khác: Nó mô phỏng sự phát triển trong tương lai về chất lượng sản phẩm, nhiệt độ, áp suất và lưu lượng trong những giờ tới, can thiệp trước khi vấn đề xuất hiện.

Sự khác biệt rất rõ ràng: Một quy trình được kiểm soát theo truyền thống giống như một người lái liên tục xen kẽ giữa tăng tốc và phanh. Tuy nhiên, một quy trình do MPC điều hướng trơn tru, dự đoán thông minh và sử dụng các thay đổi đèn giao thông trước khi đèn chuyển sang màu đỏ.

Cặp song sinh kỹ thuật số - bản sao ảo của thực vật thật - tạo thành nền tảng cho sự kiểm soát dự đoán của Pfeiffer. Họ cung cấp các mô hình quy trình cho phép MPC mô phỏng sự phát triển trong tương lai và tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động an toàn, tối ưu hóa.

Khi dữ liệu nói lên nhiều

Phân tích hiệu suất kiểm soát (CPA) đóng vai trò như một công cụ bổ sung. Trong khi MPC mô phỏng, tối ưu hóa toàn diện và chủ động quản lý các quy trình cốt lõi của nhà máy sản xuất, CPA liên tục phân tích hiệu suất của hàng trăm vòng điều khiển thông thường hiện có trong tự động hóa cơ bản. Nó làm nổi bật các khu vực chín muồi để tối ưu hóa, xác định các mẫu không thể nhìn thấy bằng mắt người và xác định chính xác các vòng điều khiển không tối ưu. Điều này cho phép nhân viên điều hành tập trung chính xác sự chú ý của họ vào các vòng điều khiển cụ thể có tiềm năng cải thiện.

Pfeiffer giải thích: “Đây là hoạt động dự đoán của nhà máy ở dạng tốt nhất. “Bạn không còn bị buộc phải phản ứng chỉ khi đã quá muộn.” Sự đổi mới này về cơ bản thay đổi cách tiếp cận từ bảo trì sang phòng ngừa, từ quản lý khủng hoảng sang khả năng phục hồi chiến lược.

Ngoài cổng nhà máy

Biên giới tiếp theo đã ở trong tầm mắt: tích hợp dữ liệu quy trình nội bộ với thông tin bên ngoài. Rốt cuộc, không có nhà máy hóa chất nào hoạt động cô lập. Tầm nhìn cho tương lai bao gồm các hệ thống kết hợp tối ưu hóa quy trình nội bộ với nguồn cấp dữ liệu bên ngoài, chẳng hạn như dự báo thời tiết, xu hướng thị trường nguyên liệu và bán hàng và dự đoán tải. Điều này tạo ra một nhà máy xử lý không chỉ tự tối ưu hóa mà còn dự đoán và ổn định toàn bộ chuỗi cung ứng của nó - một hoạt động thực sự dựa trên dữ liệu, dự đoán và linh hoạt.

Lợi thế xanh

Một nhà máy được kiểm soát dự đoán hoạt động trơn tru hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và tạo ra ít chất thải hơn. Trong ngành công nghiệp chế biến sử dụng nhiều năng lượng, thậm chí mức tăng hiệu suất cận biên vài điểm phần trăm cũng giúp tiết kiệm năng lượng quy mô megawatt đáng kể.

Pfeiffer coi sức mạnh tổng hợp giữa đổi mới công nghệ và trách nhiệm sinh thái là khía cạnh quan trọng nhất trong công việc của mình. Trên các cơ sở quy mô lớn, những tối ưu hóa này góp phần rất lớn vào các nỗ lực khử cacbon.

Khả năng phục hồi như một mệnh lệnh trong tương lai

Trong một thế giới ngày càng khó lường, kiểm soát dự đoán đang trở thành một nhu cầu chiến lược cần thiết. Các công ty đầu tư vào nó ngày nay không chỉ tạo ra các quy trình hiệu quả hơn; họ đang xây dựng khả năng phục hồi cơ bản. Họ biến sự không chắc chắn thành các kịch bản có thể tính toán được và biến động thành lợi thế cạnh tranh.

Tiến sĩ Bernd-Markus Pfeiffer với đồng nghiệp Tiến sĩ Lena Lohner

Mô hình điều khiển quy trình mới này vượt qua các giải pháp kỹ thuật đơn thuần. Nó đại diện cho một tư duy mới: chủ động thay vì phản ứng, kết nối với nhau thay vì cô lập, kiên cường thay vì mong manh. Đó là một triết lý sản xuất tận dụng dữ liệu thông minh để tạo ra một kỷ nguyên mới về chủ quyền công nghiệp, trang bị cho khách hàng của chúng tôi những thách thức trong tương lai.