Desempenho em alta: o poder das malhas de controle bem ajustadas!
A otimização de malhas de controle proporciona melhorias de desempenho de dois dígitos no consumo de energia, uso de produtos químicos, qualidade e redução de perdas — resultando em economias anuais na ordem de dezenas de milhões de dólares.
Por: Eric Gilbert, Smurfit Westrock, e Bob Rice, Control Station
A otimização de plantas de processo é frequentemente considerada um trabalho de base, em que malhas de controle individuais são ajustadas uma a uma para melhorar a eficiência operacional. Embora essa abordagem gere progresso incremental, há argumentos para ampliar a perspectiva e alcançar ganhos maiores e mais abrangentes em um ritmo muito mais rápido por meio de uma abordagem de cima para baixo. Essa estratégia permite comparar um grande número de malhas semelhantes, ativos operacionais e instalações de produção. Assim, identifica-se os melhores exemplos para replicar resultados positivos em toda a organização.
Como fabricante global líder de produtos de papel e embalagens, a Smurfit Westrock opera diversas instalações de produção, empregando mais de 100 mil colaboradores em 40 países e com faturamento anual de mais de 32 bilhões de dólares. Certamente, reconhecendo a importância de melhorar a operação autônoma em todas as unidades produtivas, o grupo de Controle e Otimização de Processos iniciou, nas fábricas de celulose, um projeto para incorporar análises de processo em apoio à otimização.
A equipe já conhecia o valor do software de monitoramento de desempenho de malhas de controle (CLPM) e havia implementado soluções pontuais em algumas unidades. Contudo, para maximizar a efetividade do CLPM, viu-se a necessidade de adotar uma solução única em toda a empresa, com recursos para padronizar e viabilizar a otimização em escala organizacional. Assim, a solução precisava se integrar à arquitetura existente e ser fácil de usar por equipes locais e times centrais de TI e controle. Além disso, devia oferecer suporte técnico e expertise de domínio para acelerar a implementação e os resultados.
Caminho para a otimização orientada por dados
As empresas modernas reconhecem a necessidade de obter e usar dados para apoiar melhores decisões. Dessa forma, para otimizar ativos de tecnologia operacional (OT), é preciso digitalizar e conectar diversas fontes de dados — algo que pode ser desafiador. Entretanto, a Westrock já contava com controles de processo digitais e sistemas historiadores robustos como base.
Embora a equipe tivesse experiência em desenvolver soluções de software voltadas para indicadores de desempenho e aspectos financeiros (foco em TI), era fundamental que a nova solução tivesse enfoque em OT, já que gera benefícios tanto a engenheiros de controle quanto a gestão. A equipe descartou rapidamente a tentativa inicial de criar uma solução interna por ser uma alternativa de alto custo e pouca viabilidade a longo prazo.
Atendendo aos principais requisitos da otimização de malhas de controle
A equipe avaliou cinco potenciais fornecedores de soluções. Cada um trabalhou com um subconjunto dos dados de origem como parte de um teste direto. Para isso, foram estabelecidos muitos requisitos para essa avaliação, incluindo as seguintes necessidades significativas:
- Uma arquitetura de conectividade capaz de se integrar perfeitamente com os historiadores existentes.
- A interface é fácil de usar e intuitiva para todos os níveis de usuários. Assim, ela permite acessar e aproveitar indicadores-chave de desempenho (KPIs) e ferramentas de análise forense. Além disso, integra os dados com iniciativas mais amplas de análise de dados e inteligência de negócios (BI).
- Suporte por um fornecedor de CLPM com histórico comprovado de excelência em atendimento ao cliente e uma visão compartilhada de sucesso.
Durante a avaliação, a Control Station se destacou, oferecendo o PlantESP CLPM com suporte completo, tornando-se a escolha clara. A Smurfit Westrock buscava integração perfeita com seu AVEVA PI System. Desde 2017, a Control Station é parceira da AVEVA, oferecendo suporte via PI-SDK, eliminando problemas de segurança de OPC-DA e padronizando chamadas de dados.
Em 2019, o PlantESP adicionou um modelo de navegação no Asset Framework do PI System, facilitando ainda mais a integração. Arquiteturalmente, suporta diversas formas de organização de dados por fabricantes, usando categorias e subgrupos comuns. Além disso, foi a primeira solução CLPM a incluir API REST, permitindo integração de dados e resultados em toda a empresa.
O PlantESP oferece modelagem automática de PID e funcionalidade baseada em estados para implementação rápida. Inclui KPIs padrão e ferramentas de análise forense, como espectro de potência e correlação cruzada. Juntas, essas funcionalidades permitem que usuários de todos os níveis monitorem, investiguem e otimizem operações de forma eficiente.
A Smurfit Westrock, por meio de entrevistas e uso real, constatou que a Control Station possui ampla expertise, planos sólidos de inovação e compromisso com engajamento e colaboração. Como o projeto tinha cronograma agressivo, a rápida resposta do fornecedor foi essencial para alcançar os objetivos com sucesso.
Implementação da otimização de malhas de controle na Smurfit Westrock
Desde o início, a equipe da Smurfit Westrock sabia que não queria criar nem manter bancos de dados intermediários. Algumas soluções CLPM exigem bancos especializados, infraestrutura e lógica própria, o que demanda esforço e custos adicionais. Conectar-se diretamente à fonte de dados PI — abordagem do PlantESP — garante dados de alta qualidade já condicionados. Como o PlantESP opera nativamente no PI Asset Framework, as informações fluem diretamente do PI para o PlantESP.
Os historiadores haviam crescido organicamente, gerando inconsistências. Deste modo, parte do projeto foi auditar a implementação do PI em relação aos sistemas de controle e padronizar o uso de interfaces, tags, parâmetros, loops, PIDs e controle de motores.
Um plano de execução envolveu vários integradores especializados em PI, que trabalharam em paralelo em diferentes locais, acelerando a implantação. Assim, o trabalho começou em um site e, quando estava 70% concluído, expandiu para dois e depois três locais simultaneamente. Após a atualização do PI, o PlantESP foi instalado e as equipes locais treinadas.
Seguindo essa abordagem, a equipe avaliou cerca de 25.000 loops de controle em 24 instalações em apenas 14 meses. Em 6 meses após o início do projeto, a Smurfit Westrock já documentava melhorias de desempenho em dezenas de milhões de dólares.
A saída do PlantESP é retroalimentada no PI, permitindo que os relatórios corporativos no Power BI sobre desempenho baseado em KPIs incluam todos os sites de produção. Além disso, esses relatórios permitem comparar o desempenho entre os diferentes sites. A empresa agora usa essa estrutura para revisar resultados formalmente em bases mensais e trimestrais. Informalmente, a revisão ocorre semanalmente ou conforme necessário, para avaliar os achados do PlantESP e implementar melhorias.
O pacote completo da otimização de malhas de controle
Toda empresa busca maior eficiência, e aquelas que usam software CLPM certamente procuram relacionar melhor o desempenho dos loops com métricas financeiras. A solução Control Station implementada nas unidades da Smurfit Westrock fornece as ferramentas necessárias para isso. Para uma grande indústria, os ganhos de eficiência com essa solução são altos, com um impacto de milhões de dólares. A Smurfit Westrock reconheceu melhorias de dois dígitos percentuais em energia, produtos químicos e redução de perdas. A empresa acredita que ainda há potencial significativo de crescimento com essa solução.
Além disso, há outros benefícios auxiliares. Empresas como a Smurfit Westrock descobrem que recrutam com mais facilidade talentos de engenharia de controle de alto nível em uma localização corporativa centralizada. Em contrapartida, é mais difícil recrutá-los em diversos sites. Dessa forma, essa solução de software suporta esse modelo e permite colaboração eficaz em toda a empresa.
A Control Station oferece treinamentos semestrais contínuos para garantir que a Smurfit Westrock obtenha pleno valor de seus investimentos em CLPM. A WestRock encontrou na Control Station uma empresa ágil, pronta para ouvir e responder às demandas e solicitações de modificações no software, além de oferecer a melhor relação custo-benefício do mercado.
Embora a Control Station talvez não tenha sido o único fornecedor prospectivo a apontar o cronograma do projeto como excessivamente ambicioso, a empresa concordou em tentar baseado em experiências passadas positivas. Assim, a parceria e a mentalidade colaborativa permitiram a rápida implantação de uma solução de alto desempenho. A solução abrangeu 24 instalações em apenas 14 meses, superando o prazo contratado de 18 meses. Em suma, a Control Station realmente compreendeu o que a WestRock buscava e trabalhou com eles para alcançar objetivos compartilhados, resultando em sucesso.
Sobre os autores
Eric Gilbert é Diretor de Controle de Processos na Smurfit Westrock, onde lidera iniciativas de análise e otimização de processos em instalações de produção nas Américas. A princípio, iniciou sua carreira como engenheiro de instrumentação, controle e elétrica em 2013. Em 2016, ingressou na WestRock — agora Smurfit Westrock — como gerente divisional de elétrica e controle. Além disso, Eric foi reconhecido pela Technical Association of the Pulp and Paper Industry como Profissional do Ano de 2024 pelo seu trabalho em otimização de processos em planta inteira.
Robert Rice, PhD, é vice-presidente de engenharia da Control Station. Ele é o principal especialista da empresa e publicou extensivamente sobre controle automático de processos, incluindo controle multivariável e controle preditivo baseado em modelo. Além disso, Robert recebeu diversos prêmios por inovação e por suas contribuições para o avanço da indústria de processos. Ele obteve o bacharelado em Engenharia Química pelo Virginia Polytechnic Institute and State University e o mestrado e doutorado pela University of Connecticut.