Cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych. Jak ograniczyć koszty i błędy projektowe?

5 dni temu

Jak cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych zmienia podejmowanie decyzji?

Cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych zmienia przede wszystkim sposób podejmowania decyzji i podstawy, na których są one oparte. Narada w SIMLOGIS wyglądałaby inaczej. Liczbę ramp wyliczamy z przepustowości na samym początku projektu i jest ona pewna. Pytanie, które słyszymy najczęściej, brzmi odwrotnie – dlaczego ramp jest tak mało i czy na pewno ich wystarczy. Wystarczy, ponieważ proces optymalizujemy od pierwszego dnia, a wynik zawsze zawiera niewielki zapas na wypadek awarii. To ważne o tyle, iż każda rampa, której nie trzeba budować, to realnie zaoszczędzone pieniądze.

Prawdziwa niepewność leży gdzie indziej – czy układ linii produkcyjnych, dróg transportowych i regałów jest naprawdę optymalny? Mając to na uwadze, sprawdzamy go w modelu symulacyjnym, w kilku wariantach i wielokrotnie. jeżeli analiza pokazuje, iż droga transportowa ma za małą przepustowość, zwykle zmieniamy środek transportu, np. wózek widłowy na przenośnik. Wielokrotnie zmienialiśmy też pierwotne założenia klientów, często ograniczając powierzchnię obiektów o tysiące metrów kwadratowych, a czasem projektując choćby nowe maszyny produkcyjne.

Koszty decyzji na kolejnych etapach inwestycji przemysłowej

W budownictwie koszt zmiany decyzji rośnie z każdą fazą projektu. Przesunięcie ściany na etapie koncepcji to koszt godziny pracy, w projekcie budowlanym – tygodnia wraz z ponownymi uzgodnieniami, a na budowie – rozbiórki. Rzadziej mówi się o drugiej stronie tego samego zjawiska – koszt podjęcia decyzji na wczesnym etapie jest niski i prawie stały, a mimo to proces inwestycyjny jest zwykle zorganizowany tak, jakby było odwrotnie. Decyzje odkłada się do chwili, w której jest rysunek, ponieważ dopiero on wydaje się wystarczająco poważnym materiałem.

W SIMLOGIS każdy projekt przemysłowy zaczyna się od katalogu wymagań inwestora. To prosta tabela – proces produkcyjny, przepływ materiału od dostawy do wysyłki, sposób składowania, media, substancje niebezpieczne, wymagania socjalne. Nie ma w niej ani jednego rysunku, ale na jej podstawie można oszacować koszt inwestycji z dokładnością ok. 15%, zanim powstanie pierwszy szkic budynku. Taki zakres wystarcza, żeby zarząd mógł zdecydować, czy kontynuować przedsięwzięcie, i porównać różne lokalizacje.

Przy wyborze lokalizacji pracujemy podobnie. W analizach porównujemy regiony i działki, uwzględniając od 160 do 250 kryteriów, dobranych do branży i profilu inwestora, np. dostęp do kadry, uczelnie, połączenia komunikacyjne, media na działce, ograniczenia planistyczne czy ryzyko powodziowe. Taka decyzja przesądza o kosztach na dekady, choć do jej podjęcia wystarczą arkusz i tabela kryteriów.

Dzięki narzędziom cyfrowym można podjąć decyzję, zanim powstanie rysunek, a potrzebny materiał przygotować w ciągu kilku godzin. Dzięki temu inwestor nie musi czekać kolejnego tygodnia na wariant, który po pierwszym przeliczeniu może odrzucić.

Jakie narzędzia wspierają cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych?

Cyfryzacja inwestycji obejmuje w praktyce trzy poziomy narzędzi i opracowań. Każdy odpowiada na inne pytanie i ma swoje granice.

Modele ekonomiczne i analiza kosztów inwestycji

Pierwszy poziom to arkusz, czyli model ekonomiczny z parametrami. Odpowiada na pytanie, czy inwestycja ma sens. Liczy koszty metra, stanowiska, rocznego utrzymania czy przepływu pieniędzy w czasie. Jego granica jest oczywista – nie bierze pod uwagę geometrii, przebiegu drogi pożarowej czy miejsca potrzebnego na placu manewrowym. Pozwoli więc np. wyliczyć trzydzieści ramp na elewacji, przy której fizycznie zmieści się ich dwadzieścia.

Modele parametryczne i symulacyjne

Drugi poziom stanowi model parametryczny lub symulacyjny. To system, w którym w skali ustawia się obrys, siatkę słupów, stanowiska, regały oraz drogi transportu wewnętrznego lub wręcz buduje się model dynamiczny, który analizuje realny plan produkcji w zakładzie i wskazuje, gdzie powstają kolejki. Odpowiada na pytania – ile się zmieści i jak to będzie działać? Jego ograniczeniem jest brak pełnego uwzględnienia wymagań przepisów, konstrukcji oraz uwarunkowań terenu inwestycji.

Dokumentacja projektowa i realizacja inwestycji

Trzeci poziom to efekt pracy projektanta, czyli rysunek, który można złożyć w urzędzie i według którego realizuje się prace budowlane. Jego przygotowanie jest wolniejsze i droższe, ale ma to uzasadnienie, ponieważ dokumentacja musi uwzględniać bezpieczeństwo i zgodność z prawem.

Od modelu procesu produkcyjnego do projektu zakładu przemysłowego

W SIMLOGIS cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych rozpoczynamy od opracowania koncepcji idealnej – zakładu zaprojektowanego wyłącznie pod proces, tak jakby działka i budynek nie stawiały żadnych ograniczeń. W symulacji sprawdzamy, jak proces będzie realizowany, a następnie wpisujemy go w dostępną działkę albo budynek i liczymy koszt każdego kompromisu.

Zgłosił się do nas kiedyś inwestor, który najpierw wybudował budynek, a potem próbował zmieścić w nim linie produkcyjne. Uruchomiliśmy nasze narzędzia, zmienialiśmy układy linii i sprawdzaliśmy kolejne warianty. Okazało się, iż gdyby budynek był o nieco ponad 2 metry dłuższy i niespełna 1,5 metra szerszy, inwestor mógłby oszczędzić ok. 150 tysięcy euro miesięcznie dzięki ograniczeniu strat czasu w procesach produkcyjnych. Dlatego najpierw planujemy produkcję, a wymiary budynku dopasowujemy do wymagań procesu.

Dodatkowo obiekt bardzo często w takim układzie jest mniejszy. W jednej z analiz centrum logistycznego wariant w pełni zautomatyzowany kosztował ok. trzech razy więcej niż ręczny, ale zajmował 10 000 m² mniej i zwracał się w trzy lata, dlatego inwestor postanowił go zrealizować. Przy innym profilu ten sam arkusz pokazałby, iż automatyzacja się nie opłaca, ponieważ system ręczny wygrywa elastycznością. Najważniejsze jednak, iż w obu przypadkach decyzja inwestycyjna powstała na poziomie modelu. To przynosi realne oszczędności zarówno klientowi, jak i biuru projektowemu. My nie projektujemy pięciu wariantów, a klient jest pewien, iż podjął dobre decyzje.

Co jeszcze ważne, częstym błędem jest przeskakiwanie poziomów, czyli wymaganie od arkusza odpowiedzi, której nie może udzielić, albo zamawianie rysunku w przypadku, w którym wystarczy model.

Analiza przepustowości zakładów i magazynów z wykorzystaniem QS FLOW

W SIMLOGIS ten model realizujemy jako usługę QS FLOW. To ilościowa diagnoza przepływu w zakładzie albo magazynie, prowadzona na danych inwestora – czasach cykli, wolumenach, planie zmian. Z założenia wykorzystujemy bardzo ogólne dane, jakimi każda firma dysponuje. Na tej podstawie budujemy prosty model symulacyjny, walidujemy go i liczymy realną przepustowość, wykorzystanie zasobów, czasy oczekiwania i miejsca, w których linia się blokuje albo stoi bez materiału. Następnie testujemy scenariusze, od korekt procesowych po automatyzację, z szacunkiem nakładów i efektów. Całość trwa dwa do trzech tygodni i kończy się mapą drogową inwestycji z konkretnymi decyzjami projektowymi.

Projekt startuje szybciej, ponieważ koncepcję budujemy od razu na sprawdzonym modelu, bez kolejnych iteracji rysunków. Koncepcja jest też lepsza, bo od początku wiadomo, co naprawdę ogranicza wydajność i czym warto się zająć. Nie sprzedajemy sprzętu, więc nie mamy interesu w rekomendowaniu automatyzacji tam, gdzie wystarczy zmiana procesu.

Walidacja modeli symulacyjnych i ograniczenia narzędzi cyfrowych

Model bez walidacji jest gorszy niż brak modelu, ponieważ daje fałszywą pewność. Dobrze widać to na przykładzie producenta wysokospecjalistycznych żywic, gdzie nasz zespół prowadził prace. Celem był model symulacyjny fragmentu instalacji, który miał wskazać elementy procesu wymagające poprawy wydajności. Model zbudowaliśmy razem ze specjalnym zespołem po stronie klienta, który znał każdy parametr procesu. Samo testowanie trwało długo i było żmudne. Już na wczesnym etapie model pokazał wąskie gardło w postaci przedłużającego się czasu oczekiwania na transport. Drugim punktem do optymalizacji okazało się stanowisko nalewania. W przypadku produktu, który zachowuje przydatność do użycia tylko przez 48 godzin, czas jest realnym kosztem. Model pozwolił policzyć koszt jednej godziny przestoju każdego elementu instalacji, niezależnie od przyczyny. Produkcja po zmianach wzrosła o 12%, a model stał się u klienta głównym narzędziem planowania produkcji.

Model sprawdziliśmy na trzy sposoby i tę samą kontrolę stosujemy przy każdym projekcie:

Porównanie z niezależnym źródłem – wynik modelu zestawiamy z danymi z rzeczywistej produkcji albo z drugą, niezależną metodą liczenia.
Test skrajny – podstawiamy wartości graniczne, np. zerowy czas transportu albo dwukrotne zamówienie, i sprawdzamy, czy wynik ma sens fizyczny.
Weryfikacja założeń – najgroźniejsze błędy są ukryte w formułach, które zwracają wiarygodnie wyglądającą liczbę. Wynik rozsądny należy sprawdzić dokładniej niż dziwny, ponieważ ten ostatni i tak ktoś zakwestionuje.

Narzędzie cyfrowe nie zmniejsza więc potrzeby kontroli, raczej przesuwa ją z arytmetyki na założenia.

W jednym z projektów automatyczny generator rozstawił strefę buforową i pomieszczenia pomocnicze wzdłuż ściany hali. Wszystko było poprawne geometrycznie i wymiarowo, tylko iż układ odcinał dojazd wózków do części gniazd regałowych. Powstały lokalizacje, do których można się dostać tylko po przestawieniu palet z sąsiednich miejsc. W magazynie, który ma obsługiwać każdą lokalizację bezpośrednio, to błąd dyskwalifikujący. Narzędzie go nie widziało, ponieważ „nie widzi” dróg transportowych, słupów i klatek schodowych w taki sposób, jak człowiek. Błąd wychwycił projektant, patrząc na wizualizację. Potrzebne były cztery iteracje.

Lista rzeczy, których model geometryczny nie sprawdza, jest długa – ochrona przeciwpożarowa, drogi ewakuacyjne, konstrukcja, kolizje instalacji, obrys działki i jej ograniczenia planistyczne. Każda z nich potrafi unieważnić wynik. Podobnie jest z automatyką w zakładach i magazynach. W projektach, które prowadziliśmy, zmiana w zautomatyzowanym systemie trwała zwykle ok. dwóch tygodni, podczas gdy manualnie organizuje się ją w dwie godziny. Automatyzacja nie wybacza półśrodków, każdy niedopasowany element psuje sprawność całej instalacji, dlatego tak istotny jest etap, który większość inwestorów traktuje po macoszemu, czyli wirtualny rozruch. Przy cyfrowym bliźniaku centrum dystrybucyjnego złożonego z jedenastu obiektów największą pracą było odtworzenie wszystkich logik sterowania i wskazanie wąskich gardeł, zanim cokolwiek zmieniono w rzeczywistości. Model pozwala sprawdzić, jak zaprojektowany układ będzie funkcjonował, ale nie zastępuje oceny jego zgodności z przepisami, wymaganiami bezpieczeństwa i ograniczeniami konstrukcyjnymi.

Jak cyfrowe planowanie inwestycji przemysłowych wpływa na organizację projektu?

Kiedy odpowiedź dla inwestora otrzymujemy w ciągu godzin, inaczej prowadzimy spotkania, dzielimy zadania i układamy harmonogram.

Agenda narady – narada przestaje być przeglądem postępu i staje się miejscem podejmowania decyzji. Inwestor widzi trzeci wariant od razu w trakcie spotkania, zarówno z kosztem, jak i ograniczeniami.

Rola koordynatora – koordynator przygotowuje warianty decyzyjne i sprawdza źródła wyników. Na naradę przynosi materiał, na którym inwestor może oprzeć decyzję.

Harmonogram – w projektach SIMLOGIS każda faza kończy się decyzją inwestora, zapisaną jako osobny punkt w harmonogramie – akceptacja katalogu wymagań, akceptacja koncepcji idealnej, akceptacja wpisania jej w budynek. Kiedy materiał do decyzji powstaje szybko, te punkty przestają być wąskim gardłem projektu, a staje się nim czas, którego inwestor potrzebuje na samą decyzję. To zdrowa sytuacja, ponieważ ten czas można zaplanować.

W zespole musi być miejsce na zdanie – ten wynik nie jest prawdziwy. Osoba, która je wypowiada, nie może obawiać się konsekwencji. Szybka odpowiedź, której nikt nie zakwestionował, jest bardziej niebezpieczna niż wolna odpowiedź projektanta.

Żeby zacząć, nie trzeba niczego kupować. Wystarczy wypisać decyzje, na które zespół odpowiada rysunkiem, choć dałoby się odpowiedzieć liczbą, i sprawdzić, czy znamy dla nich stawki jednostkowe. Zwykle okazuje się, iż nie i to jest pierwszy problem, poważniejszy niż brak oprogramowania. Jedną z tych decyzji warto później policzyć dwiema niezależnymi metodami. jeżeli wyniki się rozjadą, wiadomo, od czego zacząć.

Na tym właśnie polega wartość cyfrowego planowania inwestycji przemysłowych. Narzędzia cyfrowe pozwalają przenieść decyzję tam, gdzie jest najtańsza, czyli przed rysunek.

Idź do oryginalnego materiału