使用具有连通性能的测厚仪和云端软件提高厚度测量数据的管理水平

Introduzione

Le tubazioni che trasportano materiale critico nel settore chimico e dell'oil & gas richiedono un'ispezione periodica per verificare la presenza di corrosione. Una comune ispezione riguarda la misura di spessore delle pareti di tubazioni e serbatoi attraverso un misuratore di spessori a ultrasuoni per verificare l'integrità meccanica dell'impianto. I proprietari di impianti si avvalgono di squadre di ispezione interne oppure, più comunemente, fornitori di servizi di ispezione a contratto per svolgere questo tipo di attività. Parallelamente a una semplice identificazione di problemi, le misure di spessore sono utilizzate per individuare delle riduzioni dello spessore delle pareti nel corso del tempo, in modo da prevedere il momento in cui pianificare la manutenzione e le ispezioni successive. A causa dei costi connessi all'arresto dell'attività delle tubazioni per intervenire con riparazioni oppure, uno scenario ancora peggiore, a quelli connessi a guasti dell'impianto, la gestione dei dati di spessore risulta fondamentale.

Nel settore industriale, in base alle necessità dei clienti e all'apparecchiatura disponibile, sono applicabili diversi processi di gestione dei dati. Questi processi si sono evoluti parallelamente ai progressi degli strumenti e dei software, sebbene alcune aziende non sfruttino questi miglioramenti. In questo articolo, vengono trattati diversi aspetti: la storia della gestione dei dati di ispezione acquisiti con misuratori di spessore a ultrasuoni; il modo in cui questi processi di gestione si sono evoluti; le problematiche e i punti critici attuali; i motivi per i quali alcune aziende non applicano i miglioramenti disponibili. Inoltre viene trattato il modo in cui la diffusione dei sistemi Cloud e dell'Internet delle cose (IoT) sta migliorando significativamente i flussi di lavoro e come queste soluzioni stanno influenzando il futuro della gestione dei dati di ispezione.

Breve storia dei misuratori di spessore a ultrasuoni

Durante gli anni 1970, si sono diffusi, nell'ambito di numerose applicazioni, i compatti misuratori di spessore alimentati a batterie. Con il passare del tempo i misuratori hanno continuato a diventare sempre più compatti e potenti (sezione sulla storia nel tutorial dei misuratori di spessore, data imprecisata) I misuratori di spessori a ultrasuoni dell'epoca non erano in grado di registrare letture di spessore digitali, pertanto le aziende di ispezione dovevano trascrivere manualmente i risultati su carta per realizzare un registro. “I risultati di ispezione erano acquisiti manualmente e tutti i calcoli (indice di corrosione, durata residua, data di ispezione, ecc.) erano eseguiti a mano su carta. Tutti i registri, più o meno articolati, erano archiviati in armadietti e la gestione delle informazioni era limitata a un singolo luogo, lo schedario” (Rios, 2018).

Nella trascrizione manuale dei dati è possibile che si verifichi un errore umano. Per esempio, un operatore potrebbe accidentalmente trascrivere l'erronea misura di spessore, indicando la necessità di una costosa e superflua manutenzione oppure perfino provocando un guasto dell'impianto. Inoltre, le misure devono essere trascritte dagli appunti dell'operatore a un registro più articolato o a un database in modo da archiviare e poter recuperare i dati delle ispezioni in modo più efficiente. Con l'aumentare del numero di trascrizioni dei dati di misura aumentano anche i possibili errori. Questo lungo processo di registrazione dei dati era soggetto a errori potenziali e risultava molto inefficiente, tuttavia, in quel periodo, non erano disponibili delle soluzioni migliori.

L'avvento della registrazione digitale dei dati

Durante gli anni 1980, ai misuratori di spessore sono state integrate delle funzionalità di registrazione dei dati e di visualizzazione delle forme d'onda. Negli anni 1990, l'elaborazione dei segnaali digitali ha sostituito i circuiti analogici, offrendo una migliore stabilità e ripetibilità (sezione sulla storia nel tutorial dei misuratori di spessore, data imprecisata). Con i progressi tecnologici, gli utenti hanno potuto archiviare le misure di spessore nel datalogger interno del misuratore. Unitamente a questa innovazione si ha avuta l'esigenza di realizzare programmi d'interfaccia compatibili per facilitare il trasferimento di dati, la creazione di report e l'archiviazione di ispezioni precedenti. Alcune aziende, come quelle proprietarie degli impianti e i fornitori di servizi di ispezione (ISP), hanno iniziato a sviluppare i propri sistemi di gestione dei dati di ispezione (IDMS - inspection data management systems). Questi programmi IDMS hanno permesso di gestire i dati in modo più efficiente, inoltre hanno consentito di pianificare operazioni di manutenzione utilizzando dati acquisiti con ispezioni precedenti.

Applicazioni IDMS

Attualmente alcune delle applicazioni IDMS più diffuse sono UltraPIPE/PS AIM, PCMS, Meridium, ACET, Aware e RBMI (Rios, 2018). Questi programmi sono stati velocemente adottati da numerosi proprietari di impianti e operatori nella fase di miglioramento della gestione degli impianti. Invece di affidarsi a registri con dati trascritti, i programmi IDMS possono generare dei file di ispezione compatibili con lo strumento e specifici per il tipo di impianto da ispezionare. Questi file sono disponibili in diversi formati, inclusi quelli matriciali 2D e boiler (caldaia). Inoltre includono tutti i punti di manutenzione secondo condizione (CML - condition monitoring locations) necessari all'operatore per acquisire le misure. Il nome del file può essere associato al lavoro o all'impianto in modo da permettere un monitoraggio dei risultati di ispezione nel corso del tempo. Con l'introduzione del formato digitale è migliorata l'affidabilità delle misure e l'integrità dei dati. Una volta che il file è stato creato, può essere trasferito su un compatibile misuratore di spessore a ultrasuoni attraverso un cavo USB o RS-232. In ufficio, il responsabile dell'analisi dei dati può preparare uno strumento con tutti i file di ispezione necessari all'operatore, prima dell'inizio del suo turno di lavoro. Una volta che nello strumento sono stati caricati tutti i dati necessari, l'operatore può spostarsi sul campo e acquisire tutte le misure di spessore necessarie nei definiti punti di manutenzione secondo condizione. Invece di trascrivere i risultati, l'operatore può adesso salvare le misure di spessore (oltre alle forme d'onda e gli A-scan, se necessario) nel datalogger interno del misuratore. Una volta che l'ispezione è stata completata, l'operatore può riportare lo strumento in ufficio, dove il responsabile dell'analisi dei dati può collegare il cavo e trasferire i file dallo strumento al programma di interfaccia.

Questo processo migliorato ha escluso la necessità di trascrivere i risultati, tuttavia ha reso necessario il trasferimento dei dati acquisiti sul campo attraverso il programma di interfaccia compatibile. Inoltre questo ha implicato, prima di poter consultare i dati, un'attesa da parte del responsabile dell'analisi dei dati per ricevere lo strumento e terminare il trasferimento dei file. Nel caso si evidenziasse un errore e fosse quindi necessario ripetere l'ispezione, l'operatore era, in genere, già intento a realizzare un altro progetto. Sebbene questo processo ha contribuito a migliorare l'integrità dei dati, risultava ancora inefficiente.

Schede di memoria rimovibili

Un altro processo tecnologico che ha migliorato questo processo è stato quello dell'integrazione di supporti di memoria rimovibili, come schede SD, nei misuratori di spessore. Questo ha permesso di migliorare il flusso in quanto il responsabile dell'analisi dei dati poteva adesso caricare la scheda di memoria piena di file di ispezione. Inoltre l'operatore poteva importare questi file nel proprio misuratore di spessori, salvare tutte le misure necessarie e, in seguito, esportare i file aggiornati nella stessa scheda SD. Con l'uso di supporti di memoria rimovibili lo strumento può rimanere sul campo in quanto il trasferimento dei dati avviene solamente attraverso la scheda. Sebbene rappresentasse un miglioramento, questo processo era ancora esigente in termini di tempo e richiedeva uno spostamento fisico dei dati tra lo strumento e il responsabile dell'analisi dei dati.

Problematiche e punti critici degli attuali flussi di lavoro

Sebbene i moderni misuratori di spessore hanno delle funzionalità di registrazione dei dati e sono disponibili numerosi programmi IDMS compatibili con lo strumento, alcune aziende continuano a adottare la trascrizione dei risultati per la convenienza e la familiarità di questo metodo. Le aziende che hanno adottato le funzionalità di registrazione dei dati e i programmi IDMS continuano a dover gestire le proprie problematiche. Innanzitutto, questi programmi sono in genere costosi e spesso richiedono delle spese addizionali per gli upgrade dei software. Per questa ragione, in genere è il proprietario dell'impianto o l'operatore che detiene la licenza del software, invece dell'azienda che si occupa dell'ispezione. Inoltre, non tutti i proprietari e operatori utilizzano gli stessi programmi IDMS, rendendo sempre più complesso e costoso per le aziende di ispezione garantire la compatibilità operativa. Anche la compatibilità tra lo strumento e il programma di interfaccia può rappresentare un problema visto che una versione precedente del software potrebbe non funzionare con una versione più recente del firmware dello strumento. Altri problemi possono essere causati dalla gestione dei driver dello strumento e i firewall del computer. Infine la raccolta dei dati digitali richiede che l'operatore possieda un'ottima conoscenza operativa sulle funzionalità del datalogger dello strumento.

Sintesi delle problematiche

I principali punti critici creativi alla trascrizione e ai metodi di trasferimento dei file digitali:

Risultati trascritti

• Errori potenziali di trascrizione
• Inefficiente a causa delle diverse operazioni necessarie per acquisire i dati nel formato finale
• Difficoltà di organizzare e gestire le ispezioni attuali e passate
• Costoso a causa della ripetizione dell'ispezione e/o di arresti non pianificati

Trasferimento di file digitali

• Inefficiente a causa della necessità di spostamento dello strumento dal campo
• Investimento costoso per i programmi IDMS
• Errori di compatibilità quando si prova il trasferimento di dati
• Richiede una formazione supplementare per il datalogger dello strumento

Sebbene vi siano alcuni punti critici correlati ai programmi IDMS, esistono anche dei vantaggi nel loro uso. Questi programmi adesso includono i dati storici per tutti gli impianti correnti e permettono ai proprietari degli impianti e agli operatori di meglio stabilire la pianificazione della manutenzione. Inoltre numerosi di questi programmi hanno dei livelli significativi di personalizzazione, permettendo all'utente finale di personalizzare il programma in rapporto alle proprie necessità.

Vantaggi dei servizi Cloud

Le aziende hanno effettuato degli investimenti finanziari rilevanti nei programmi IDMS. Gli operatori di queste aziende sono a loro agio con il flusso di lavoro dei software, inoltre le aziende comprendono il valore aggiunto assicurato da questi programmi. Tuttavia, come evidenziato precedentemente, bisogna comunque gestire delle problematiche. Per dare una risposta a queste problematiche, abbiamo creato l'app per il cloud di Olympus Inspection Project Manager (IPM). L'app IPM aiuta gli utenti a migliorare l'efficienza di gestione dei dati fornendo una migliore visibilità allo stato dei progetti e facilitando la collaborazione tra operatori, responsabili dell'analisi dei dati e ai responsabili per la presa di decisioni.

Trasferimento dei dati wireless

Sebbene nell'industria si sia assistito a un'evoluzione nella gestione dei dati, dalla trascrizione dei risultati al trasferimento dei file di ispezione mediante cavo, il passo successivo è stato quello di rimuovere il cavo e rendere disponibili delle funzionalità di trasferimento wireless, mediante degli strumenti collegati e delle applicazioni Cloud. Gli stessi file che sono stati attualmente trasferiti dai programmi IDMS possono essere esportati e trasferiti con upload nell'applicazione cloud IPM, consentendo il trasferimento wireless. Si immagini di poter creare e gestire i progetti dall'ufficio attribuendo mansioni a un operatore, in qualunque luogo a livello globale, dove esiste un collegamento internet. L'operatore sul campo collega il proprio strumento a un punto hotspot mobile o a una rete in area locale (WLAN) e il file di ispezione viene scaricato direttamente nello strumento dell'operatore. L'operatore può acquisire tutte le misure necessarie e in seguito effettuare l'upload mediante l'app cloud IPM per essere a disposizione del responsabile delle analisi dei dati e del responsabile per la presa di decisioni. Questo rappresenta un modo veloce, efficiente e affidabile per trasferire i dati dal luogo di ispezione, permettendo una presa di decisioni più veloce. Tutti i dati sono disponibili in un formato digitale, così da eliminare il bisogno di trascrivere i risultati, riducendo significativamente la probabilità che si verifichino degli errori umani. I dati possono essere consultati nell'app IPM e, in funzione della qualità dei dati, il file può essere riutilizzato, se è necessario ripetere l'ispezione, o esportato in numerosi formati. In seguito può essere effettuato l'upload nei programmi IDMS per permettere le analisi statistiche e l'aggiornamento dell'integrità meccanica degli impianti.

Diagrammi isometrici

Attualmente numerosi operatori trascrivono i risultati di spessore su un diagramma del circuito e devono consegnare manualmente le misure ai responsabili delle analisi dei dati. I progressi tecnologici che sono stati attualmente sviluppati per un aggiornamento dell'app IPM, permettono l'invio praticamente istantaneo di misure in modalità wireless da un misuratore di spessori ai diagrammi isometrici digitali. Gli operatori sono in grado di aggiornare le misure di spessore per il diagramma del circuito direttamente quando sono sul campo, con un risparmio in termini di tempo e costi.

Inoltre gli utenti sono in grado di acquisire immagini degli impianti o dei CML attraverso la fotocamera del tablet e includere queste informazioni con le misure. Tutte queste informazioni sono mantenute in un formato digitale e sono salvate nel cloud a disposizione dei responsabili delle prese di decisioni. Questi documenti possono essere facilmente convertiti in formati tracciabili e possono essere soggetti a upload nei programmi IDMS per ricerche future. Crediamo che queste prossime migliorie delle app aumenteranno significativamente l'integrità dei dati, ridurranno la necessità di ripetere le ispezioni e diminuiranno il tempo necessario per completare le ispezioni.

Gestione del personale e degli impianti

L'app cloud IPM può inoltre essere usata per gestire in modo efficace il personale e gli impianti per tutti i progetti, lavori e attività. Un dashboard che mostra i progressi dell'ispezione a tutti i livelli permette una migliore gestione delle risorse. Tutti i documenti di ispezione rilevanti, come le istruzioni operative e le carte del luogo di ispezione, possono essere incluse nell'attività, semplificando per l'operatore la consultazione di questi documenti.

I vantaggi riportati precedentemente possono essere ottenuti mediante gli strumenti collegati e le applicazioni cloud Olympus. Sebbene queste soluzioni software offrano dei vantaggi agli operatori, ai responsabili e ai proprietari di impianti, esistono ancora dei limiti applicativi, così come erano presenti con gli approcci IDMS con collegamenti mediante cavi, inducendo numerose aziende al riutilizzo della carta e penna. È importante evidenziare queste problematiche in modo che siano risolte, visto che l'intero settore trae beneficio da queste nuove tecnologie.

Problematiche e soluzioni dei sistemi cloud

Scarso o assente collegamento internet

Per una soluzione dipendente da internet è fondamentale poter appoggiarsi a un collegamento wireless potente e affidabile. Anche possedendo il miglior smartphone, tablet e laptop, se il collegamento internet è debole, l'efficienza e l'operatività saranno influenzati negativamente. Numerosi luoghi di ispezione non offrono dei collegamenti WLAN. In futuro, questo aspetto potrebbe cambiare, tuttavia adesso devono essere impiegati dei metodi alternativi. L'uso di servizi come il 4G o il 5G potrebbe essere una soluzione, tuttavia esistono alcune parti del mondo dove le ispezioni sono realizzate senza potersi appoggiare a un servizio di telefonia mobile.

Sebbene i vantaggi derivati dal trasferimento dei dati in tempo reale potrebbero non essere concretizzabili in tutte le situazioni, gli utenti possono beneficiare dell'integrità dei dati e dei miglioramenti in termini di efficienza originati da una soluzione di gestione dei dati wireless mediante un collegamento peer-to-peer. Con questo scenario, la modalità offline dell'applicazione cloud permetterebbe l'interazione attraverso un collegamento peer-to-peer mediante un misuratore di spessore con funzionalità wireless. Un operatore può effettuare il download di tutti i documenti e diagrammi isometrici interattivi pertinenti, non appena è disponibile un collegamento internet, salvandoli nel proprio computer. Quando l'operatore si sposta sul campo, può collegare il proprio misuratore di spessore al tablet attraverso un collegamento peer-to-peer e può aggiornare tutti i file di ispezione pertinenti, mantenendo tutte le informazioni in un formato digitale. I file aggiornati possono essere salvati e in seguito può essere effettuato automaticamente l'upload nel cloud una volta che l'operatore si sposta in un luogo con collegamento internet. Il responsabile dell'analisi dei dati potrebbe essere a una distanza di migliaia di chilometri, tuttavia una volta che viene effettuato automaticamente l'upload dei dati, egli potrebbe ricevere un avviso, entrare nell'applicazione cloud per consultare i dati e realizzare l'upload nei propri programmi IDMS. Se si evidenziano dei problemi o è necessario ripetere l'ispezione, il responsabile dell'analisi dei dati potrebbe contattare l'operatore mentre sono ancora presenti in prossimità del luogo di ispezione.

Sicurezza dei dati

Un altro limite del sistema cloud è rappresentato dalla sicurezza dei dati. “A livello globale le aziende sono messe a dura prova dall'aumento del numero di minacce sempre più evolute in materia di sicurezza e dalla costanza delle risorse specializzate nella sicurezza per la gestione di queste minacce”; il settore delle ispezioni industriali non rappresenta un'eccezione a questa tendenza (Shah, 2018). Sebbene le applicazioni cloud si diffondano sempre di più, non offrono lo stesso livello di sicurezza. Numerose aziende stanno sviluppando le proprie applicazioni cloud e, sebbene siano specializzate nei controlli non distruttivi, la sicurezza cloud non è probabilmente il loro settore di competenza. Per gestire questo limite, Olympus collabora con un fornitore di servizi cloud esperto nella sicurezza dei dati (Microsoft). È importante “affidarsi a un servizio cloud dotato di un sistema hardware personalizzato, di dispositivi di sicurezza integrati nelle componenti firmware o hardware, e di protezioni aggiuntive alle minacce alla sicurezza" (Shah, 2018). Non tutti i sistemi di fornitori di servizi cloud possiedono le stesse caratteristiche. La priorità delle aziende che cercano soluzioni cloud per il settore industriale dovrebbe essere quella di trovare un sistema cloud in grado di assicurare eccezionali livelli di sicurezza.

Accessibilità

Un ultimo limite combina l'accessibilità e la connettività internet con la sicurezza dell'account utente. Con i progressi nel settore informatico si è diffusa la possibilità di un collegamento a distanza o di un'assistenza con controllo a distanza del computer di un cliente o collega. In generale questa operazione viene realizzata mediante un portale sicuro dove i soggetti interessati appartengono alla stessa rete aziendale. Questa situazione diventa più problematica quando sono interessate due aziende, ognuna con la propria protezione firewall e rete wireless protetta. Le aziende leader del settore stanno condividendo sempre più i progressi tecnologici per i servizi cloud, lasciando margine allo sviluppo di nuove e efficaci collaborazioni per permettere agli utenti finali di sfruttare appieno i vantaggi offerti dai servizi cloud.

Conclusione

Questi miglioramenti nelle modalità di realizzazione delle ispezioni permettono l'ottimizzazione dell'integrità dei dati e dell'efficienza generale, tuttavia è sempre presente in rischio di errore umano associato a erronee misure a ultrasuoni. Con i misuratori di spessori a ultrasuoni gli operatori che devono acquisire le misure devono riconoscere una valida misura basata sulla forma d'onda o l'A-scan. Alcuni produttori di strumenti, come Olympus, hanno predisposto degli avvisi per gli utenti riferibili ai più comuni errori commessi dagli operatori, in genere durante il processo di taratura. Continuiamo a sviluppare sistemi di sicurezza per lo strumento, tuttavia non esistono alternative complete a operatori specializzati e formati in modo ottimale.

Le applicazioni cloud e i dispositivi IoT non sono realtà nuove nel mercato consumer e stanno assumendo un'importanza sempre più crescente nel settore industriale. La rivoluzione digitale può cambiare significativamente il modo in cui sono realizzate le ispezioni industriali e il modo in cui i dati sono gestiti. Con ogni cambiamento significativo esistono delle problematiche che devono essere risolte. Con il progresso della tecnologia e dell'inventiva umana, saranno disponibili più soluzioni. L'introduzione di progressi significativi è principalmente condizionata dall'acquisizione di feedback dell'industria e da relazioni collaborative dei soggetti interessati per l'orientamento del settore avvalendosi di questi progressi tecnologici.

Fonti

Rios, Efrain. “Inspection Data Management Systems Part 1: An Overview of Common Issues and Causes.” Fortress Oil & Gas, LLC, 21 marzo 2018. https://www.fortressoilandgas.com/blog/asset-integrity-consultants/inspection-data-management-systems-part-1-an-overview-of-common-issues-and-causes/.

Shah, A. (17 aprile 2018). The 3 ways Azure improves your security. Consultato il 13 ottobre 2019, from https://azure.microsoft.com/en-us/blog/the-3-ways-azure-improves-your-security/.

“Thickness Gage Tutorial History of Ultrasonic Thickness Gaging.” History of Ultrasonic Thickness Gaging | Olympus IMS. Consultato il 13 ottobre 2019. https://www.olympus-ims.com/en/ndt-tutorials/thickness-gage/introduction/history/.