دور التحول الرقمي في عمليات النباتات الكيميائية الحديثة

دور التحول الرقمي في العمليات الحديثة لمحطة المواد الكيميائية التابعة لدائرة الأمن الوطني

وقد ظلت الصناعة الكيميائية منذ فترة طويلة حجر الزاوية في الاقتصاد العالمي، حيث تنتج المواد الأساسية التي تتراوح بين البلاستيك والأسمدة والمواد الكيميائية المتخصصة، وقد شهد القطاع في السنوات الأخيرة تحولا عميقا في شكل تحويلات رقمية تقوم على عمليات مصنعية، وفي قلب هذا التطور نظام التحكم الموزع، وهو النظام العصبي المركزي للمرافق الكيميائية الحديثة، لا يقتصر التحول الرقمي على إضافة أدوات جديدة.

Understanding Digital Transformation in Chemical Plants

ويشير التحول الرقمي إلى التكامل الاستراتيجي للتكنولوجيات الرقمية في جميع مجالات المنظمة، مما يغير أساساً كيفية تشغيلها وقيمتها، ويعني ذلك في عمليات النباتات الكيميائية الانتقال إلى ما يتجاوز أجهزة التناظر التقليدية ومراقبة العمليات اليدوية نحو بيئة شديدة الترابط ومحركة للبيانات، وتعمل منابر البلدان النامية الحديثة بمثابة مركز للتكامل، وجمع البيانات من آلاف أجهزة الاستشعار، وإغراقها في محركات تحليلية متقدمة، وتنفيذ استراتيجيات الحد الأدنى من التدخل.

وتبدأ الرحلة بالتأهيل، وتبدأ شبكات الاستشعار اللاسلكية، والمرسلات الذكية، والأجهزة التي يمكن استخدامها الآن في المصانع الشاملة، وتحصل على بيانات آنية عن درجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى والتكوين والهتزازات، وأكثر من ذلك، وهذه البيانات لم تعد مرصودة في غرف المراقبة المحلية؛ وتتدفق إلى أطباء تاريخيين مركزيين أو معتمدين على الغيوم، حيث يتم تجهيزها وتطويع نماذج متطورة باستمرار.

كما أن التحول الرقمي يكسر الحواجز التقليدية بين الإدارات، إذ يمكن للأفرقة المعنية بالهندسة والصيانة والإنتاج وسلسلة الإمدادات والصحة والسلامة البيئية الحصول على نفس المعلومات في الوقت الحقيقي، مما يتيح اتخاذ قرارات أسرع وأكثر استنارة، وهذا التقارب بين التكنولوجيا التشغيلية وتكنولوجيا المعلومات هو علامة بارزة على الرقم الرقمي الجديد للمصانع الكيميائية، ووفقا لتقرير من شركة ديلويت، يمكن للشركات التي تدمج بنجاح نظام " أوت " ، أن تحقق مستوى من الكفاءة بنسبة 30 في المائة في مجال التحسين غير مخطط له.

التغيير في مجال التكنولوجيات الرئيسية

شبكات الاستشعار المتقدمة

وتشكل شبكة الاستشعار الأساس الذي تقوم عليه أي دائرة متطورة رقميا، إذ تقوم المصانع الكيميائية الحديثة بنشر مئات أو آلاف أجهزة الاستشعار الذكية التي تتواصل عبر بروتوكولات صناعية مثل HART، و WirelessHART، و ISA100، أو OOC UA. وهذه أجهزة الاستشعار لا تقيس متغيرات العمليات فحسب بل أيضاً ذاتية التشخيص، وتُبلغ عن صحتها، ويمكن إعادة تشكيل أجهزة الاستشعار الضوئية عن بعد.

حواسيب وأجهزة سحاب

وتحتاج معالجة مسارات البيانات الضخمة من أجهزة الاستشعار إلى موارد محلية وسحابية على حد سواء، ويؤدي استخدام أجهزة الحاسوب المحمولة التي توجد بالقرب من دائرة خدمات الدعم الميداني إلى تحليلات ومنطق رقابة في الوقت الحقيقي، مع وجود مرونة منخفضة، وضرورة لتطبيقات السلامة الحرجة، وفي الوقت نفسه، توفر برامج السحب بيانات تاريخية شاملة لعدة محطات، مما يتيح وضع معايير على نطاق المؤسسة وتدريب نموذج للتعلم الآلي.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

وتحوّل منظمة العفو الدولية وشركة ML البلدان النامية من نظم تفاعلية إلى نظم التنبؤ، وتحلل نماذج الصيانة الافتراضية اتجاهات التحسّن للتنبؤ ببطاقات الارتطام أو التحلل أو التحلل الحاد، مما يتيح تحديد مواعيد الصيانة أثناء فترات التجاوز المقررة بدلا من حالات الطوارئ، وتستخدم نماذج التصنيع الأمثل التعلم من أجل تحسين بارامترات التحكم، والحد من استهلاك الطاقة، والنفايات الخام.

التوائم الرقمية

والتوائم الرقمي هو نسخة افتراضية من مصنع مادي كيميائي، يتزامن باستمرار مع بيانات نظام المعلومات الاقتصادية في الوقت الحقيقي، ويمكن للمهندسين أن يحيّزوا سيناريوهات " ما إذا " التي تختبر ظروف التشغيل الجديدة، واستراتيجيات المراقبة، أو تشكيلات المعدات - دون أن يتعرض الإنتاج الفعلي للخطر.كما أن التوأم الرقمية تستخدم أيضا لتدريب المشغلين، مما يتيح للموظفين ممارسة التعامل مع الحالات غير العادية في بيئة افتراضية آمنة.

أطر الأمن السيبرى

ومع زيادة ارتباط هذه البلدان، يصبح أمن الفضاء الإلكتروني في غاية الأهمية، ويجب أن يقترن التحول الرقمي ببنيات أمنية قوية، بما في ذلك تقسيم الشبكات، ونظم الكشف عن التسلل، وتأمين الوصول عن بعد، وتقييمات الضعف المنتظمة، وتوفر معايير مثل ISA/IEC 62443 نهجا منظما لتأمين نظم الرقابة الصناعية، وتدمج الشركات الكيميائية الرائدة أمن الفضاء الإلكتروني مباشرة في إدارة دورة الحياة الخاصة بها، وتعالج الأمن بوصفه عاملا تمكينيا للتحول الرقمي بدلا من وجود حاجز.

فوائد التحول الرقمي في عمليات إدارة الدعم الميداني

تعزيز السلامة

فالسلامة هي الأولوية العليا في عمليات النباتات الكيميائية، فالتحول الرقمي يزيد من السلامة من خلال الرصد المستمر والذكي، وتدمج هذه الدائرة الآن مع نظم متقدمة لمراقبة العمليات ونظم أجهزة الأمان من أجل الكشف عن الظروف الخطرة - مثل ردود فعل الهاربين، أو عمليات التصريف أو تسرب الغاز السامة - في الثانية صباحا، وتتأكد أجهزة الإنذار المتنقلة من أن أفراد النبات يُحذرون فوراً، حتى عندما يبتعدون عن أجهزة الإنقاذ.

زيادة الكفاءة والإنتاجية

فالتأهيل والارتقاء الأمثل يؤديان إلى تحسين مباشرة من خلال الناتج وتخفيض التكاليف، ويتيحان المجال الرقمي للسيطرة على متغيرات العمليات، وتقليل التباين إلى أدنى حد، وزيادة اتساق المنتجات، وتقضي إدارة الوصفات الآلية على الأخطاء اليدوية في عمليات الدفع، وتضبط نظم إدارة الطاقة في الوقت الحقيقي البخار والكهرباء، واستخدام التبريد على أساس مطالب الإنتاج، وتشتيت تكاليف المنافع.

تحسين استحقاق البيانات واتخاذ القرارات

ويلغي التحول الرقمي الاعتماد على جمع البيانات يدوياً وصحائف البيانات التي تكون عرضة للأخطاء والوقت، ويتحقق نظام حديث من البيانات ويخزنها بصورة تلقائية مع إمكانية التتبع الكامل، ويوفر مصدراً واحداً للحقيقة، وتقدم لوحات التحليل المتقدمة مؤشرات أداء رئيسية في عمليات التصوير التفاعلي، مما يتيح للمشغلين والمديرين تحديد الاتجاهات والأوصاف التي توصي بأمثل نماذج للتعلم في الأسواق.

الامتثال التنظيمي والاستدامة

وتزداد صرامة الأنظمة البيئية ونظم السلامة على الصعيد العالمي، وتبسط النظم الرقمية لمراقبة الانبعاثات من خلال آلية رصد الانبعاثات وتتبع النفايات والإبلاغ عنها، وتغذي نظم رصد الانبعاثات المستمرة بيانات مباشرة في التقارير التنظيمية، وتخفض العبء الإداري، وكفالة الدقة، كما تدعم الأدوات الرقمية مبادرات الاستدامة: الاستخدام الأمثل للحوافز، والتقليل إلى أدنى حد من الخسائر المذيبة، وتتبع آثار الكربون، وتحديد الفرص المتاحة لاسترداد حرارة النفايات.

التحديات والنظر في المسألة

مخاطر الأمن السيبرى

فحادثة عام 2020 في محطة لمعالجة المياه في فلوريدا أظهرت كيف يمكن استغلال مواطن الضعف في الوصول عن بعد للتلاعب بالجرعات الكيميائية، وللتخفيف من المخاطر، يجب على الشركات أن تعتمد استراتيجية دفاعية متعمقة: عزل شبكات إدارة خدمات الأمن الوطني، واستخدام التشفير والتوثيق المتعدد العوامل، وإجراء اختبارات منتظمة للتغلغل، والحفاظ على خطط الاستجابة للحوادث.

تكاليف التنفيذ المرتفعة

إن رفع مستوى النظام المكون من البلدان النامية إلى نظام إيكولوجي رقمي كامل يتطلب استثماراً كبيراً في رأس المال - كثيراً عشرات الملايين من الدولارات لمصنع كبير - فيما عدا المعدات والبرامجيات، تشمل التكاليف تكامل النظم، ونقل البيانات، وإدارة التغيير التنظيمي، بيد أن عائد الاستثمار يمكن أن يكون مقنعاً إذا ما تم الاتصال به استراتيجياً، إذ أن شركات كثيرة تُدخل مرحلة التحول الرقمي، بدءاً بمجالات عالية الأثر مثل الصيانة المتوقعة أو الاستخدام الأمثل للطاقة، ثم ترتفع النفقات الأولية.

التدريب وتنمية القوى العاملة

فالأدوات الرقمية تتطلب مهارات جديدة، إذ يجب على العاملين أن يتعلموا العمل مع الرسوم البيانية المتقدمة لشركة HMI، وأن يترجموا نواتج التحليل، وأن يستجيبوا للتوصيات الآلية، ويحتاج المهندسون إلى محو الأمية في مجال البيانات من أجل وضع نماذج للمعارف الصناعية والحفاظ عليها، كما أن الافتقار إلى المهارات الرقمية يشكل حاجزاً مشتركاً، وتستثمر الشركات الرائدة في برامج التعلم المستمر، والشراكات مع الجامعات، والتدريب على العمل باستخدام محفزات الثقافة التنظيمية.

التكامل مع نظم الإرث

ولا يزال العديد من المصانع الكيميائية يعمل في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية القديمة منذ عقود، إذ إن إدماج التكنولوجيات الرقمية الجديدة مع هذه النظم يمثل تحديا تقنيا، إذ أن البروتوكولات الخاصة، والافتقار إلى الوثائق، والمعدات القديمة يمكن أن تؤدي إلى تعقيد الربط، كما أن حلولاً للموجات المتوسطة ومحولات بروتوكولات (مثلاً، مكتب المدعي العام في مكتب خدمات الرقابة الداخلية، إلى مكتب خدمات المشتريات المشتركة) تُسد الفجوة، ولكن يلزم التخطيط الدقيق لتجنب فترات التوقف أثناء الهجرة.

نوعية البيانات والحوكمة

فالتحول الرقمي لا يضاهي البيانات الأساسية، إذ إن عدم الاتساق في اتفاقيات التسمية، وعدم وجود مسامير، وعدم الانجراف، وأخطاء المعالم، يمكن أن يفسد التحليلات ويؤدي إلى قرارات سيئة، ولا بد من وضع إطار لإدارة البيانات: توحيد تعاريف البيانات، وتنفيذ قواعد التحقق على مستوى البلدان النامية، وتدقيق نوعية البيانات بانتظام، ويجب أن تُعاد كتابة نماذج التعلم الماكنة بصورة دورية للتكيف مع ظروف العمليات المتغيرة، وأن تُكتشف.

التوقعات المستقبلية

العمليات المستقلة

والرؤية النهائية لدائرة البلدان النامية الرقمية هي محطات كيميائية مستقلة تماما، حيث تدير الوكالة عمليات روتينية وتركز البشر على الرقابة الاستراتيجية، وستمكن التطورات في مجال التعلُّم المعزز والإنجازات المولدة من نظم الرقابة من استكشاف الاستراتيجيات المثلى بصورة مستقلة، وتقوم شركات مثل شيل ومؤسسة BASF بالفعل بتجربة الرقابة المستقلة على الوحدات الصغيرة، مع خطط للتوسع، ومن المرجح أن يكون الاستقلال الذاتي الكامل بعيدا عن السنوات بالنسبة للعمليات المعقدة المستمرة، ولكن العمليات شبه المستقلة تصبح عملية ممكنة اليوم.

Edge Intelligence and 5G

ومع انفجار حجم البيانات، سيصبح حساب الحواف أكثر ذكاء، ويدير نماذج معقدة محليا لتوفير معلومات فورية، وسيؤدي بدء تشغيل الشبكات الخاصة العاملة بمجموعات ال ٥ زاي في الأوساط الصناعية إلى إتاحة الاتصالات المنخفضة الموثوقة جدا للآليات المتنقلة والطائرات الآلية، وزيادة رؤساء الواقع التي تدعم المشغلين الميدانيين.

الاستدامة والاقتصاد العلماني

فالتحول الرقمي هو عامل تمكيني قوي للكيمياء المستدامة، ويمكن أن تقلل مراقبة العمليات المتقدمة من النفايات، وتخفض الطاقة، وتخفض الانبعاثات، وتدعم التتبع الرقمي من المواد الخام إلى المنتجات النهائية مبادرات الاقتصاد الدائري، مثل إعادة تدوير النفايات الكيميائية إلى مواد وسيطة جديدة، وتستخدم الشركات مثل دو ولايونديل باسيل توأم رقمية لتصميم عمليات أكثر استدامة منذ البداية، وسيحدد تقارب التكنولوجيا الرقمية مع مبادئ الكيمياء الخضراء.

التعاون بين البشر والملاحين

وبدلا من استبدال العمال، ستعزز الدائرة الرقمية للقدرات البشرية، وسيرتدي المشغلون نظارات واقعية معززة تُغلب على بيانات الاستشعار، والرسوم البيانية، وتعليمات الصيانة في المصنع المادي، وسيتولى الآليون التعاونيون (الكوبوتات) مهام خطرة مثل صمامات الصمامات وجمع العينات، وستتيح وصلات اللغة الطبيعية للمشغلين إمكانية الاستفسار عن نظم إنتاجية البلدان النامية شفويا.

خاتمة

فالتحول الرقمي ليس مشروعاً لمرة واحدة بل رحلة مستمرة، فبالنسبة للمصانع الكيميائية التي تعمل بها البلدان النامية، يتطلب المسار إلى الأمام استراتيجية واضحة وقيادة قوية والتزاماً بالتحسين المستمر، والمكافآت التي تجنيها السلامة والكفاءة والاستدامة والقدرة التنافسية هائلة، ومع نضج التكنولوجيات وتدني التكاليف، فإن النباتات الكيميائية الأصغر حجماً ستتمكن من تحقيق التحول الرقمي في نهاية المطاف، فإن دور التحول الرقمي في عمليات المنشآت الكيميائية الحديثة التابعة لدائرة الصناعة الإنمائية الوطنية، هو الذي يؤدي إلى تحقيق قدر أكبر من التكيف.