มาทำความรู้จักเทคโนโลยี Digital Twins ในธุรกิจน้ำมัน – Digital Disruption Series

วันนี้ผมจะมาเขียนเรื่องเกี่ยวกับเทคโนโลยีทางดิจิตอลตัวนึงซึ่งกำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆในธุรกิจต่างๆ รวมถึงธุรกิจพลังงาน โดยเทคโนโลยีนี้เรียกว่า “ฝาแฝดดิจิตอล” (digital twins) ขอบอกก่อนว่าผมเองไม่ได้เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านนี้ แต่ผมพอจะได้ยุ่งเกี่ยวกับงานด้านนี้อยู่บ้างและคิดว่ามันน่าสนใจมากเลยขอลองมาเขียนดูหน่อยครับ
 
แท่นผลิตน้ำมันและก๊าซธรรมชาติแบบไร้คนประจำแท่น 
เมื่อไม่นานมานี้ บริษัทน้ำมันประจำชาติของนอร์เวย์ซึ่งชื่อว่าเอควินอร์ (Equinor) ได้ประกาศเดินหน้าการลงทุนสร้างแท่นกระบวนการผลิตหลักแบบไม่มีคนงานประจำ (unmanned platform) โดยการควบคุมการทำงานของแท่นจะทำจากห้องควบคุมบนบก ซึ่งถ้าหากทำได้จริง นี่จะเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญหนึ่งของธุรกิจการผลิตน้ำมันในทะเล เนื่องจากการไม่มีคนงานประจำแท่น จะช่วยลดค่าใช้จ่ายค่าแรงคนได้มหาศาล 
ความจริงแล้ว แท่นน้ำมันแบบไม่มีคนประจำนั้นก็มีอยู่เยอะแยะโดยในอ่าวไทยเองก็มี โดยแท่นพวกนี้มีขนาดเล็กและไม่ซับซ้อนและมักจะถูกควบคุมจากแท่นผลิตหลัก โดยแท่นเล็กๆเหล่านี้เรียกว่าแท่นหลุมผลิต (WHP) และมีหน้าทีคือส่งน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติจากหลุมน้ำมัน เข้าสู่แท่นกระบวนการผลิตหลัก (CPP) โดยแท่นกระบวนการผลิตหลัก(CPP)จะเหมือนกับโรงงานกลางทะเล มีเครื่องจักรต่างๆรวมถึงระบบท่อที่ซับซ้อนเพื่อทำการแยกสิ่งเจอปนต่างๆออกจากน้ำมันและก๊าซธรรมชาติก่อนทำการส่งน้ำมันและก๊าซขึ้นบก โดยด้วยความซับซ้อนของแท่นกระบวนการผลิตหลัก(CPP)จึงทำให้ปกติที่จะต้องมีช่างและคนงานประจำคอยดูแลควบคุมการผลิตและซ่อมบำรุง ดังนั้นแท่นกระบวนการผลิตหลักจึงมักจะมีที่อยู่อาศัยติดตั้งอยู่ด้วย โดยอาจจะมีตั้งแต่เล็กๆคือคนประจำยี่สิบสามสิบคน ไปจนถึงคนอยู่ประจำเกินร้อยคน
เทียบขนาดและความซับซ้อนระหว่าง CPP และ WHP

แต่สิ่งที่บริษัทเอควินอร์พยายามทำนั้นคือ ทำการสร้างแท่นกระบวนการผลิตหลัก(CPP) แบบไร้คนประจำ ซึ่งผมบอกไปก่อนหน้าว่าเป็นแท่นที่ซับซ้อนและโดยปกติต้องมีช่างและคนงานคอยคุมคุมประจำบนแท่น โดยเทคโนโลยีสำคัญที่เอควินอร์จะเอามาใช้ในการช่วยเพื่อให้การสร้างแท่นผลิตหลักแบบไร้คนประจำเป็นไปได้นั้นก็คือ digital twins นั่นเอง

แล้วฝาแฝดดิจิตอล (Digital Twins) นั้นคืออะไร ? 
ก่อนจะลงไปที่เรื่องของฝาแฝดดิจิตอล ผมขออธิบายวงจรชีวิตของการสร้างแท่นผลิตน้ำมันแท่นนึงแบบคร่าวๆ โดยเบสิคคือ
(1) ทำการออกแบบแท่น 
(2) ตามด้วยการก่อสร้างและติดตั้งแท่นน้ำมัน  
(3) จบด้วยการทำการผลิตน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ 
โดยเฟสออกแบบ,ก่อสร้างและติดตั้ง อาจจะใช้เวลา 3-6 ปีแล้วแต่ขนาดและความซับซ้อนของแท่น ส่วนเฟสการผลิตอาจมีเวลา 20-30 ปี ขึ้นกับอายุการใช้งานของแท่น สำหรับบริษัทน้ำมันเฟสการผลิตนี่แหละครับคือเฟสที่สำคัญที่สุด เพราะคือช่วงที่มีระยะเวลานานที่สุดและเป็นช่วงที่ทำรายได้ให้กับบริษัท

1.  การออกแบบ
งานออกแบบทางวิศวกรรมในปัจจุบันนั้นมีการใช้แบบจำลองสามมิติบนคอมพิวเตอร์ (3D model) กันอย่างแพร่หลาย อันนี้คือทั้งในธุรกิจงานก่อสร้างทั่วไปหรือในธุรกิจพลังงานเองก็ตาม รวมถึงการออกแบบแท่นผลิตน้ำมัน
การมีแบบจำลองสามมิติทำให้วิศวกรหลายๆสาขา สามารถเห็นภาพของสิ่งที่จะทำการสร้างได้ และทำให้เกิดการทำงานออกแบบร่วมกันได้ดีขึ้น ในโปรเจคสร้างแท่นน้ำมันใหญ่ๆ วิศวกรออกแบบใช้เป็นร้อยๆคนนะครับ การมองเห็นสิ่งที่กำลังออกแบบร่วมกันจึงสำคัญมาก ไม่งั้นแบบแต่ละส่วนที่ออกมามีหวังขัดแย้งกันเองวุ่นวาย
ภาพการทำงานออกแบบโดยใช้แบบจำลองสามมิติ
2.     เฟสการก่อสร้างและติดตั้ง
ในช่วงการก่อสร้างนั้น ข้อมูลจากแบบจำลองสามมิติก็จะได้รับการถ่ายออกมาบนเอกสารทางวิศวกรรม (drawings) ซึ่งนำไปใช้ในการตีแบบเพื่อซื้อวัตถุดิบ,เครื่องจักรต่างๆ และทำการก่อสร้างตัวแท่นน้ำมัน โดยในกระบวนการก่อสร้าง บางครั้งก็อาจจะมีการปรับแบบเล็กน้อย อย่างเช่น มีการเลื่อนตำแหน่งเครื่องจักรหรือท่อเล็กน้อยเพื่อช่วยให้การก่อสร้างทำได้ง่ายขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ก็ควรจะถูกอัพเดตในแบบจำลองสามมิติเพื่อให้แบบจำลองสามมิตินั้นเหมือนกับตัวแท่นน้ำมันที่ก่อสร้างจริง คือต้องรักษาความเป็นฝาแฝดเอาไว้นั่นเอง แท่นน้ำมันที่สร้างเสร็จแล้วก็จะถูกนำไปติดตั้งในทะเลเพื่อไปสู่การผลิตน้ำมันและก๊าซธรรมชาติต่อไป
แบบจำลองสามมิติเทียบกับตัวแท่นจริงระหว่างก่อสร้าง

การติดตั้งแท่นน้ำมันลงบนโครงสร้างกลางทะเล

3.     เฟสการผลิตน้ำมัน
ปัญหาอยู่ที่ตรงนี้นี่แหละครับ คือโดยมากแล้วเมื่อทำการก่อสร้างและติดตั้งแท่นเสร็จและเข้าสู่เฟสการผลิตน้ำมัน แบบจำลองสามมิติของแท่นก็มักจะไม่ถูกนำมาใช้อีกสักเท่าไหร่ โดยส่วนมากแบบจำลองสามมิติก็จะถูกส่งต่อจากทีมออกแบบและก่อสร้างไปยังทีมที่ทำการผลิตพร้อมกับกับเอกสารทางวิศวกรรมอื่นๆ บางทีก็เอามาใช้บ้างนิดหน่อยเวลาต่อเติมปรับปรุงแท่น
พวกช่างและวิศวกรทีมผลิตส่วนมากก็มักจะทำงานโดยใช้เอกสารทางวิศวกรรมเป็นหลัก คือถือเอกสารกระดาษในแฟ้มและทำงานกันแบบเดิมๆ ดดยไม่ค่อยมีคนใช้แบบจำลองสามมิติอีกต่อไป ทั้งๆที่ยังไงเอกสารกระดาษนั้นก็เป็นแค่ภาพสองมิติ ไม่สามารถแสดงรายละเอียดของจริงได้เหมือนแบบจำลองสามมิติ 

ร่ายมายาวนานคือแค่อยากจะบอกว่า จุดสำคัญของ digital twins คือการแก้ปัญหาที่เฟสการผลิตซึ่งเป็นเฟสทำเงินนี่หละครับ โดยคอนเซปคร่าวๆคืออัพเกรดแบบจำลองสามมิติแบบเดิมๆให้กลายไปเป็น digital twins และนำมาใช้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดค่าใช้จ่ายในการผลิต 

การอัพเกรดของแบบจำลองสามมิติเพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็นฝาแฝดดิจิตอล ผมแยกคร่าวๆให้เป็น 3 ขั้นหลักๆ 

1. นำแบบจำลองสามมิติมาเป็นที่เก็บข้อมูลทางวิศวกรรม 
ทำการลิงค์ข้อมูลอย่างเช่นเอกสารทางวิศวกรรมต่างๆทั้งหมดให้เข้าถึงได้จากแบบจำลองสามมิติ เหมือนสร้างให้แบบจำลองสามมิติเป็นห้องสมุดดิจิตอล อยากได้ข้อมูลอะไรก็มาหาจากที่นี่ที่เดียว และข้อมูลทั้งหมดเก็บอยู่ในแหล่งข้อมูลส่วนกลางหรือในคลาวด์
 
ถ้าวิศวกรคนนึงอยากจะหาข้อมูลของปั้มตัวนึงบนแท่นน้ำมัน เขาสามารถเสริชหาปั้มตัวนี้จากแบบจำลองสามมิติ จากนั้นก็แค่คลิ้กที่ปั้มในแบบจำลองสามมิติเพื่อดึงข้อมูลทางวิศวกรรมทั้งหมดออกมาได้โดยไม่ต้องไปตามหาเอกสารกระดาษในแฟ้มให้เสียเวลา
การที่มีข้อมูลทางวิศวกรรมเก็บอยู่ในที่เดียวกันบนแบบจำลองสามมิติ แค่นี้ก็สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานได้มหาศาล วิศวกรจะรู้ดีว่าการหาเอกสารข้อมูลมันเสียเวลาขนาดไหน การคำนวณนั้นไม่ใช่ปัญหาแต่การหาข้อมูลนี่หละคือตัวเสียเวลา ยิ่งแท่นน้ำมันเก่าๆ เอกสารบางทีต้องไปขุดจากกล่องเอกสารในโกดัง หรืออาจจะหาข้อมูลไม่ได้เลยก็ได้ 
เมื่อผ่านขั้นตอนแรกนี้แล้ว ณ จุดนี้ก็สามารถเรียกแบบจำลองสามมิติว่า digital twins ได้แล้ว แต่เป็น digital twins แบบ static คือแบบนิ่ง

ขั้นต่อไปคือสร้าง digital twins แบบเคลื่อนไหว (dynamic) ซึ่งเจ๋งกว่าแบบนิ่งเยอะ ด้วยขั้น 2-3 ต่อไปนี้
 
2. ทำการดึงข้อมูลสด (real-time) จากเซ็นเซอร์ต่างๆที่ติดตั้งอยูในกระบวนการผลิตเข้ามาใน digital twins อย่างเช่น อุณหภูมิ, ความดัน, อัตราการไหลของน้ำมันหรือก๊าซ, ความเร็วของปั้ม, การสั่นสะเทือนของเครื่องจักร ฯลฯ
 
3. เอาข้อมูลการผลิต real-time จากข้อ 2 มาใช้ในการคำนวณการคาดการณ์ ร่วมกับการใช้ machine learning ในการกำหนดค่าการทำงานของเครื่องจักร เพื่อทำให้กระบวนการผลิตทำงานได้ประสิทธิภาพสูงสุด
 
Digital Twins Concept (source: Kongsberg Digital)
ขั้น 2-3 นี่หละครับที่จะปลดล็อคพลังของ digital twins ออกมา โดยถ้าสามารถทำสำเร็จได้ถึงขั้นนี้ คุณก็จะมี digital twins ที่ไม่เพียงแค่ดูเหมือนตัวแท่นจริง แต่ยังแสดงค่าการผลิตต่างๆ real-time เหมือนของจริง สามารถทำการคำนวณและกำหนดค่าการทำงานของเครื่องจักรเพื่อให้การผลิตมีประสิทธิภาพสูงสุด หรือทำการคาดการณ์ล่วงหน้าก่อนที่เครื่องจักรจะมีปัญหาได้อีกต่างหาก
 
นอกจากนี้ด้วยความที่ข้อมูลใน digital twins จะถูกเก็บอยู่ในฐานข้อมูลส่วนกลางคืออยู่ในคลาวด์ ก็ยังทำให้คนทุกคนสามารถเข้าถึงข้อมูลเดียวกันผ่านทางมือถือ หรือไอแพต ซึ่งเปิดช่องทางให้ช่างสามารถเข้าถึงได้ที่หน้างานด้วย หรือสามารถใช้ร่วมกับอุปกรณ์ต่างๆ อย่างเช่นแว่นตา augmented reality ซึ่งทำให้เราเห็นภาพของสิ่งที่จะก่อสร้างทับบนหน้างานจริงอย่างภาพข้างล่างเพื่อช่วยการวางแผนที่หน้างาน
จุดที่สุดของคอนเซป digital twins คือ ถ้า Machine Learning/ Artifical Intelligent สามารถเรียนรู้และพัฒนาขึ้นไปได้ถึงจุดที่สามารถเรียนรู้ที่จะตัดสินใจที่ซับซ้อนขึ้นได้เอง ก็อาจจะเป็นไปได้ที่แท่นจะทำงานได้ด้วยตัวเองอย่างมีประสิทธิภาพโดยที่คนแทบไม่ต้องไปยุ่งเลย ซึ่งนอกจากจะประหยัดค่าแรงคน ยังสามารถลดปัญหาจาก human errors อีกด้วย 
 
ความจริง digital twins นั้นอยู่ใกล้ตัวเรามากกว่าที่คิดนะครับ อย่างเช่นรถไฟฟ้าเทสล่าทุกคันก็จะมี digital twins ที่ทำการเก็บข้อมูลของส่วนประกอบต่างๆในรถ และแม้แต่ digital twins ของเมืองทั้งเมืองนั้นก็มีการศึกษากันแล้ว

 
ถ้าอ่านจนถึงตรงนี้ก็ขอแสดงความขอบคุณในความพยายามอ่านครับ เพี้ยนชนะเลิศ

ถ้าสนใจเรื่องราวประสบการณ์การทำงานและใช้ชีวิตของวิศวกรไทยคนนึงในต่างประเทศ และเรื่องที่เกี่ยวข้องกับธุรกิจพลังงานและเทคโนโลยี ขอเชิญติดตามเพจ”นายช่างต่างแดน”ได้ที่ https://www.facebook.com/9changtangdan ครับ

แสดงความคิดเห็น
Preview
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่