Bausteine zur digitalen Transformation

NAMUR-Hauptsitzung zeigt Wege zur Operational Excellence in der Chemie- und Prozessindustrie

  • Dr. Stefan Stieler, Bilfinger MaintenanceDr. Stefan Stieler, Bilfinger Maintenance

„Mastering the Digital Transformation of the Process Industry“ - das war das Motto der 80. NAMUR-Hauptsitzung, die im November 2017 in Bad Neuenahr stattfand. Auch wenn immer wieder die Zusammenhänge zwischen der Asset Performance, der Process Performance und neuen sich ergebenden Geschäftsmodellen aufgezeigt wurden, lag der Schwerpunkt der Themen – entsprechend der Zielsetzung der „NAMUR - Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie“ – in der Optimierung der Fertigungsprozesse.

Nach Meinung von GE Digital, dem Sponsor der diesjährigen Veranstaltung, wird die digitale Transformation die Assets zuverlässiger, die Prozesse berechenbarer und gleichzeitig die Mitarbeiter bereit machen, die Vorteile der Digitaltechnik zu erkennen und zu nutzen. Als wichtige Bausteine sieht GE dabei unter anderem den digitalen Zwilling und APM, das Asset Performance Management.

Mehr Anlagenverfügbarkeit durch intelligente Datenanalyse

Durchgängige Lieferfähigkeit auf Basis robuster, reibungsloser Produktionsabläufe ist eine wichtige Voraussetzung für wirtschaftlich erfolgreiche Unternehmen in der Prozessindustrie. Modernes Plant Asset Management trägt zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit bei und hilft, ungeplante Produktionsausfälle aufgrund technischen Versagens zu vermeiden bzw. die Ausfallzeit und damit den wirtschaftlichen Schaden so gering wie möglich zu halten. Dies gelingt unter anderem durch Erarbeitung von Maßnahmenplänen für besonders ausfallgefährdete kritische Anlagenteile bzw. Apparate, z.B. verschärfte Inspektionsumfänge und verkürzte Intervalle, Modernisierung und Schaffung von Redundanzen durch Kleininvestitionsmaßnahmen, Sicherstellung der Ersatzteilbevorratung beim Lieferanten und Absprache eines optimierten Reparaturprozesses mit der zuständigen Fachwerkstatt.
Um diese, in der Regel zunächst kostenträchtigen, Maßnahmen gezielt einsetzen zu können, ist die Klassifizierung von Risikopotenzial und Ausfallwahrscheinlichkeit pro Apparateeinheit, die Identifikation bekannter Schwachstellen und die Ermittlung veralteter Anlagensubstanz erforderlich.

Die Auswertung technischer Informationen spielt hierbei eine Schlüsselrolle.

Wie dies in der Praxis umsetzbar ist, stellte Dr. Stefan Brüggemann, BASF, anhand aktueller Anwendungsfälle des Einsatzes moderner Datenanalysemethoden vor. Im Zentrum steht die bedarfsgerechte Aufbereitung, Analyse und Visualisierung von Daten zu Instandhaltungsprozessen aus dem ERP-System. Die Analyse dieser Daten in Dashboards, die mit Hilfe von Business Intelligence Werkzeugen erzeugt werden, hat sich bei BASF unter dem Schlagwort „Maintenance Intelligence“ binnen kurzer Zeit als erfolgreiches Instrument erwiesen. Besondere Bedeutung besitzt die konsequente Ausrichtung der digitalen Lösung auf das Aufgabenspektrum eines Asset Managers und ihre Einpassung in die bestehenden betrieblichen Arbeitsabläufe. Dazu gehören die Möglichkeiten zur Analyse unstrukturierter Daten, z.B. aus Freitextfeldern, und die Nutzung von Dashboards zur Vernetzung von Technikmannschaften über Standort- oder Disziplingrenzen hinweg.

Der vorausschauenden Wartung über die Trendanalyse von Prozessparametern misst Brüggemann besondere Bedeutung zu und berichtetet über sehr positive Erfahrungen bei der Kombination von Daten mit Expertenwissen. Als Erfolgsfaktoren sieht er das Ausprobieren an, wobei das Risiko des Scheiterns mit einkalkuliert werden muss – mehrgleisiges fahren und die Priorisierung nach technischer Umsetzbarkeit bieten sich deshalb an. Bei allem muss der Nutzer im Mittelpunkt bleiben: Maßvolle Veränderungen bei hohem Bedienkomfort tragen zur Nutzerakzeptanz bei. Letztendlich entscheidend ist das Resultat in der physischen Welt.

Offene Tools und Schnittstellen für die Digitalisierung

Dass der Weg zur Digitalisierung vielfältig und mühsam ist, zeigt sich in den diversen Blickwinkeln der Akteure und die jeweils von ihnen als „entscheidend“ definierten Schritte – gilt doch nach wie vor die Forderung der Prozessautomatisierer nach offenen, einheitlichen Schnittstellen und Technologien. Das beginnt in der Feldebene und endet bei NOA, der NAMUR Open Automation und konkurrierenden Vorstellungen noch lange nicht.

Ethernet-Kommunikation in der Feldebene

Die Organisationen FieldComm Group, ODVA und PI (Profibus & Profinet International) arbeiten gemeinsam am Advanced Physical Layer (APL) als Erweiterung von Industrial Ethernet für anspruchsvolle Anwendungen in der Prozessautomatisierung. APL soll dabei sowohl dem Ethernet-Kommunikationsstandard mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s genügen als auch die eigensichere Versorgung der Feldgeräte mit Hilfsenergie mit einer 2-Draht Verkabelung über Strecken bis zu 1.000 m bewältigen. Dies ist zum einen eine technische Herausforderung, zum anderen eine logistische, müssen doch die oft auseinanderdriftenden Vorstellungen der verschiedenen involvierten Herstellerfirmen von Automatisierungstechnik unter einen Hut gebracht werden.

„Von Industrie 4.0 angetriebene Innovationen, und hierbei insbesondere Ethernet-basierte Kommunikationssysteme, sind die treibenden Kräfte zur Erhöhung der Profitabilität von Prozessindustrien, deren Produktionssysteme unter schwierigen Umgebungsbedingungen über Jahre unterbrechungsfrei laufen müssen“, erläutert Karsten Schneider, Chairman von PI. „Es wird eine Lösung benötigt, mit der Profinet-Geräte auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, basierend auf Zweidrahttechnik inkl. Stromversorgung über die Leitungen, angeboten werden können. Deshalb setzt sich PI in einem gemeinsamen Projekt mit namhaften Industrieunternehmen und -organisationen für die Implementierung von APL ein.“ Basierend auf den von der Arbeitsgruppe IEEE 802.3cg veröffentlichten Zeitplänen wird erwartet, dass die Definition von APL bis 2020 abgeschlossen sein wird und dass die ersten über Ethernet verbundenen Feldgeräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen 2021 oder 2022 verfügbar sein werden.
     
Einheitlicher Standard für die Geräteintegration

Die FieldComm Group hat 2015 die Verantwortung für den Field Device Integration (FDI) Standard übernommen und arbeitet gemeinsam mit PI unter aktiver Beteiligung von vielen Mitgliedsfirmen an der Weiterentwicklung der FDI Technologie zur Integration der Feldgeräte-Daten in übergeordnete Systeme. Während der letzten zwei Jahre wurden drei „Plug Feste“ durchgeführt, bei denen das Zusammenspiel von diversen Geräten von 18 Herstellern und 9 unterschiedlichen Systemplattformen, die 6 verschiedene Kommunikationsprotokolle unterstützen, getestet wurde. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die Interoperabiltät von Geräten und Systemen durch FDI signifikant verbessert hat. FDI gehört zu einem der Enabler von Industrie 4.0. Mit FDI können die Daten von heutigen Feldgeräten in die Cloud gebracht werden. Auf der NAMUR Hauptsitzung wurde anhand einer Multivendoranlage ebenfalls gezeigt, wie mit Hilfe von FDI und OPC UA die NAMUR Open Architecture (NOA) implementiert werden kann.

Wertschöpfung durch Prozessanalytik

Die Geburtsstunde der Prozessanalytik liegt mehr als 100 Jahre zurück: Mittels Pfeifenanalysatoren wurde bei der BASF die Gaszusammensetzung im Ammoniak-Prozess gemessen. Bereits vorher war im Bergbau einfache Sensorik zum Nachweis schlagender Wetter im Einsatz. Heute ist die Prozessanalytik eine etablierte Messtechnik zur Überwachung der Abwasser- und Abluftqualität zum Schutze der Umwelt, der Arbeitssicherheit und der Anlagensicherheit geworden, wobei sie viele verfahrenstechnische Anlagen erst genehmigungsfähig und das Risiko von Schäden mit hohen wirtschaftlichen Folgen beherrschbar macht.

Hauptsächlich aber werden im Produktionsprozess die Rohstoffe und deren Dosierung überwacht und die Reaktion, Isolierung und Reinigung der Produkte geregelt. Ziele sind die Erhöhung der Ausbeute, der Kapazität der Anlage, der Produktqualität oder die Senkung von Energie- oder Arbeitskosten. In der Prozessführung hilft die Prozessanalysentechnik (PAT), die Prozesse am wirtschaftlichen Optimum zu fahren und sie mit hoher Güte zu regeln, mit sauberen Edukten zu arbeiten und die Stöchiometrie zu beachten.

Dr. Stefan Stieler, Bilfinger Maintenance, der auf der Hauptsitzung für sein langjähriges engagiertes Wirken in der PAT mit der goldenen Ehrennadel der NAMUR ausgezeichnet wurde, zeigte in einem PAT-Wirkungsdiagramm die vielfältigen Beziehungen auf zwischen dem, was PAT misst und ermöglicht, was dadurch bewirkt wird und was schließlich der erzielte (wirtschaftliche) Nutzen ist, der sich durch reduzierte Energie, Edukte, Abfall oder Korrosion und durch erhöhte Qualität und Anlagenverfügbarkeit ergibt. Zwar sind Prozessanalysenmessgeräte wegen der relativ geringen Stückzahlen vergleichbar teuer, der ROI liegt in der Regel aber bei unter einem Jahr. Die Verfügbarkeit der Systeme ist heutzutage so gut, dass viele in Sicherheitseinrichtungen eingesetzt werden können.

Feldgeräte der Zukunft

Die PAT-Zukunft im „Internet der Dinge“ liegt in intelligenten, vernetzbaren und kommunikativen Analysegeräten. Sie ermöglichen neue, angepasste Workflows und zeichnen sich durch neue Schulungskonzepte aus. PAT wird nach wie vor beitragen zu hochverfügbaren, genehmigungsfähigen Anlagen und zu gesicherter gesellschaftlicher Akzeptanz der Prozessindustrie. Wie das im Detail aussehen kann, wird Endress+Hauser aufzeigen als Sponsor der nächsten NAMUR Hauptsitzung, die am 8. und 9. November 2018 unter dem Thema „Field Instruments Supporting Digital Transformation“ stattfindet.

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