Dagens massa- och pappersbruk kännetecknas av komplexa tillverkningsprocesser i flera steg. Effektiv planering och schemaläggning är en nyckelfaktor för framgång i varje steg. För massatillverkning gäller det att producera rätt mängd massa, vid rätt tidpunkt - och till lägsta totalkostnad för bruket.
En intressant iakttagelse är att även i ett modernt integrerat massa- och pappersbruk som använder högkvalitativa automationssystem är produktionsschemat vanligen utformat med manuella eller i hög grad manuella rutiner. Detta innebär att schemaläggningen inte stöds av en enhetlig begränsningsmodell som tar hänsyn till hela dynamiken i den dagliga driften.
Produktionsplanerare fattar vanligen beslut på grundval av sin erfarenhet och beräknar börvärden och lagringsnivåer utan analys av vad som vore optimalt. Det är inte ovanligt att operatörer som tillhör olika skift har helt olika uppfattningar om dessa inställningar (för samma schema). En "Vad händer om"-analys finns inte, eftersom framtagandet av ett enda förslag tar all tillgänglig tid.
Med tanke på den situationen pekar olika studier på en förbättringspotential genom att helt enkelt införa ett verktyg för optimeringsbaserad schemaläggning. Bruk där produktionsbegränsningar är dynamiska och massatillverkningen är direkt kopplad till blockschemat för pappersmaskiner, är de med störst förbättringspotential, men även andra massaproducenter kan dra nytta av verktyget.
Med sin långa erfarenhet av optimeringsbaserad schemaläggning för pappersmaskiner har Greycon tagit fram ett optimeringsverktyg för massafabriker och förpackat det under varumärket PulpPlan.
Planeringsmål
I allmänhet är målet för massafabrikens produktionsplanering att säkerställa att produktionsmålen uppfylls samtidigt som produktionskostnaderna minimeras. Detta problem har varit svårt att optimera tidigare, men har nu lösts på ett praktiskt sätt.
PulpPlan beräknar produktionsscheman för en massafabriks processer och lager dynamiskt. I optimeringskonceptet tas ett ytterligare steg eftersom det är utformat för att producera perfekt koordinerade produktionsplaner för hela bruket.
När marknadsläget inte är ett hinder bör produktionstakten för olika flaskhalsar i ett bruk naturligt maximeras, men inte till vilket pris som helst. Beräkningen börjar från pappersmaskinens blockscheman och bygger på befintliga tanknivåer och produktionstalen i början av schemaperioden. Utfallet är den optimala produktionshastigheten för massafabriken och återvinningssystemet för hela planeringsperioden.
Ett annat område som optimeringen siktar in sig på är massatvättens effektivitet, som har en betydande inverkan på produktionens schemaläggning och driftskostnader. Den optimala utspädningsfaktorn beräknas ofta för att minimera kostnaderna för en viss massalinje. Den tar vanligtvis hänsyn till kostnaden för blekkemikalieförbrukningen, sodaförluster och indunstningsånga kontra utspädningsfaktor. Men den optimala utspädningsfaktorn kan förändras när indunstningens prestanda hotar att minska genomströmningen i hela fabriken. Alltså beror den mest effektiva utspädningsfaktorn också på återvinningssystemets dynamiska laster samt pappersmaskinens blockschema.
En modellbaserad lösning
Vanligtvis modelleras massalinjer och massaförbrukare i en massafabrik. Detta omfattar pappersmaskinernas blockscheman och massans torklinjer samt driftsegenskaperna hos brukets olika massaprocesser. Dessa processer skiljer sig något åt beroende på typ av massaprocess. En modell av en sulfatfabrik innehåller kokare, tvätteriet, blekerier, indunstare, sodapannor, kausticeringsprocesser och alla större lager. För återvinningsfabriker modelleras returpapperslager, avsvärtningsprocesser, massaupplösare, kontroll- och tvättprocesser. Inom termomekanisk massatillverkning beaktas naturligtvis användningen av energi/el och kemikalier.
I bruk där ångproduktionen sker i flera pannor och/ eller med användande av olika bränslen kan kostnadsoptimering också vara en svår utmaning utan rätt programvara.
Optimeringsalgoritmer använder produktionsplaner för att fastställa den optimala bränslelasten för varje panna, vilket bidrar till att minska kostnader och leva upp till miljökrav (till exempel begränsningar av den totala mängden minskade sulfidutsläpp). Om optimering av koldioxidutsläpp prioriteras framför reducering av kostnaderna kan optimeringsmotorn enkelt konfigureras om för att minska koldioxid istället för kostnader.
Samtidigt som det ekonomiska värdet av ökad produktion och minskade produktionskostnader är uppenbart, finns andra mindre uppenbara fördelar med konsekvenserna av en stabilare drift.
Snabb avkastning på investeringen
Det har förekommit akademiskt intresse för optimerad schemaläggning av massafabriker sedan 80-talet (Leiviskä, 1984), (Santos & Almada-Lobo, 2012), (Figueira, Santos, & Almada-Lobo, 2013), med flera. Studier som analyserar hur dessa algoritmer fungerar jämfört med traditionell schemaläggning visar på anmärkningsvärda förbättringspotentialer, till exempel fann (Lasslett, 2004) en potentiell produktionsökning på 5 procent bara genom att bättre koordinera massa- och återvinningslinjer.
Analyser har visat att under normal drift kommer sannolikt massaproduktionen att öka med mellan 3-5 procent genom införande av ett heltäckande optimeringsbaserat schemaläggningssystem. Under ett år innebär detta en avsevärd förbättring – med potentiella vinster på mer än 1 miljon euro. Andra potentiella förbättringar uppnås genom snabbare reaktion på störningar och exempelvis bättre långtidsplanering för schemalagda stopp.
Driftansvariga bör utan tvekan göra system som PulpPlan tillgängliga för sina processoperatörer. ROI (Return on Investment) för implementeringen av ett sådant system kan uppnås efter bara några månader, ibland bara några veckor.
