알람 동작 및 알람 조치 분석을 수행하기 위해 머신 러닝 기술을 사용하여 효율성 향상 및 운영 신뢰성 향상

 

Executive Summary

BASF SE는 다국적 기업이자 최대 규모의 화학제품 생산업체 중 하나이다. BASF는 독일 Ludwigshafen(루트비히스하펜)에 본사를 두고 80개국 이상에 있는 자회사 및 합작 회사의 운영을 감독하고, 유럽, 아시아, 호주, 미주 및 아프리카에서 6개의 통합 생산 현장과 390개의 기타 생산 현장을 운영하고 있다. 이 회사는 190개 이상의 국가에서 다양한 산업 분야의 고객에게 제품을 공급하고 있으며, 제품 포트폴리오는 화학, 재료, 산업 솔루션, 표면 기술(Surface Technology), 영양 및 관리, 농업 솔루션 등 6개 부문으로 구성되어 있다.

이 프로젝트에 선정된 대상 시설은 Ludwigshafen에 소재한 BASF Verbund 현장의 수처리 공장이었다. Yokogawa가 제공한 솔루션은 알람과 작업자 조치에 대한 통찰력을 제공하는 ABA(Alarm Behavior Analysis)과 e-SOP(Procedure Analysis for SOP Optimization)의 기술을 결합한 것이다. 이는 알람 모니터링과 같은 기존 방법의 기능을 뛰어넘고 자율 공장 달성을 위한 첫 번째 단계인 개선을 지원한다.

 

도전과제

BASF는 공장이 최상의 가동 범위에서 가동되도록 함으로써 효율성을 높이는 것은 물론, 숙련된 공장 인력의 퇴직을 보상할 수 있는 노하우 전수를 위한 방법론을 갖추는 방안을 모색해 왔다.

이 프로젝트에 대한 고객의 주요 기대 중 하나는 알람의 발생과 그에 뒤따르는 알람(결과적인 알람) 사이의 상관관계였다. 특히 경험이 적은 신규 작업자의 경우 결과적인 알람의 분석은 알람과 프로세스를 빠르고 깊이 이해할 수 있게 해주고 작업자가 올바른 운전 조치를 수행하도록 돕는다.

BASF는 이 기술을 이용해 플랜트 효율을 개선한 사례 연구를 듣고 이 솔루션에 관심을 갖게 됐다.
Ludwigshafen공장에서 BASF의 과제를 해결하기 위해 Yokogawa는 ABA(Alarm Behavior Analysis)과 e-SOP(Procedure Analysis for SOP Optimization)의 두 솔루션을 결합하여 알람 동작 분석에서 수동 작동을 개선하는 다른 접근 방식을 취했다. 향후 머신러닝 기술을 사용하여 DCS 이벤트 로그를 분석하는 이 두 솔루션은 BASF가 더 높은 자동화 수준과 자율 공장을 향한 다음 단계를 실현하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

 

해결책

Yokogawa는 이 프로젝트 과정에서 DCS(Delta V)로부터 알람 및 이벤트 로그 데이터를 수집하였다.

첫 번째 단계로 고객 사이트에서 DCS 로그 데이터를 가져온 후 Yokogawa는 ABA를 이용하여 알람와 작업(연속 알람, 무시된 알람, 알람 처리 작업) 간의 인과관계를 분석하였다

ABA의 특징 중 하나는 양적인 것뿐만 아니라 알람 행위의 이해에 도움이 되는 질적인 결과를 제공한다는 점이다. 두 개의 특정 알람이 얼마나 자주 발생하는지 뿐만 아니라 상호 연관성이 있는지도 살펴본다.

ABA 개요

 

ABA 분석 후 Yokogawa는 e-SOP 기술을 사용하여 알람 발생 후 운영자가 취한 모든 조치(알람 처리 작업)를 상세하게 분석했다. e-SOP 솔루션은 DCS 수동 작업을 시각화하고 SOP와 운영자가 수행한 실제 작업 간의 차이와 여러 운영자 간의 작업 차이를 식별하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

e-SOP (Procedure analysis) 개요

 

Project 개요

 

고객 만족

BASF는 분석 결과에 매우 만족하였으며 주요 결과는 다음과 같다.

• 알람 동작 및 알람 처리 작업이 명확하게 시각화
• 알람과 작동 사이의 인과 관계를 식별하고 이해(기존 알람 모니터링 도구로는 불가능했던 것)

이 공장은 수년간 숙련된 작업자와 함께 운영되어 왔으며 운영상의 개선을 거쳤으나 분석을 통해 표준 운영 절차에 대한 옵션이 추가로 발견되었다. 어떤 작업이 가장 좋은 작업인지 확인하려면 고객과 함께 또 다른 워크샵을 가질 필요가 있다. 그러나 이 결과는 절차를 표준화하기 위해 필요하다. BASF에 대한 이러한 통찰력은 기존의 방법을 사용하는 데 더 복잡하고 시간이 많이 소요되었을 것이다.

조사 결과를 바탕으로 알람 분석을 개선하고 가속화할 수 있다.

이러한 긍정적인 경험을 염두에 두고 ABA/e-SOP는 효과적인 도구임을 입증하였다.

 

BASF 수처리 공장 직원은 아래와 같이 언급하였다:

"BASF에서는 이미 알람 모니터링 도구를 사용할 수 있지만, 원인 및 결과 차트를 사용하는 것이 이 도구를 개선하는 데 특히 효과적이어서 알람과 작업자 조치 간의 관계를 파악할 수 있으며, 이는 일반적으로 경험이 풍부한 동료가 확인할 수 있었다.”

"알람이 서로 어떻게 연결되는지 보는 것은 큰 도움이 되었다. 저는 작년부터 BASF에서 일하기 시작했기 때문에, 더 많은 선배 동료들과 상의할 때 이 정보가 자산이 되었다."

"개별 운영자가 취하는 행동의 차이를 보는 것은 매우 흥미로운 일이다. 이것은 우리가 알람 설정과 행동을 개선하는 데 도움이 되어 스트레스를 덜 받는 운영자로 이어진다."

"저는 이 공장에서 30년 동안 일해 왔지만, 이 분석을 통해 새로운 것들을 배우고 도움이 되는 통찰력을 얻었다."

"알람의 원인과 결과 관계는 발생한 알람의 타임스탬프에 의해 계산된다는 것을 기억해야 한다. 그 타임스탬프는 DCS에서 컨트롤러의 우선순위에 따라 처리된다."