Andritz Metris: Digitale Innovation – mehr als nur ein Hype?

Wie Digitalisierung mit Hilfe neuester Technologien für die Prozessindustrie zur Anwendung kommt: Es scheint, dass der Begriff Innovation über die letzten Jahre zu einem sehr überstrapazierten Wort geworden ist. Begriffe wie Industrie 4.0, Big Data oder Augmented Reality werden mit einem direkten Kundennutzen verbunden, ohne jedoch auf konkrete Anwendungsfälle einzugehen. Andritz Automation geht – mit seinen mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Prozessindustrie – daher neue Wege und zeigt Möglichkeiten auf, welche bereits verfügbar und einsetzbar sind. Mit Beginn dieses Jahres wurde das globale Automatisierungs-Know-how innerhalb einer neuen Geschäftseinheit gebündelt, die nun die Produkte und Digitalisierungslösungen der Andritz-Gruppe zentral in alle Märkte und an verschiedenste Kundengruppen verkauft.

Die Verfügbarkeit von Prozess- sowie historischen Daten ist die Basis zur Weiterentwicklung der jeweiligen Prozesse.

Die Verfügbarkeit von Prozess- sowie historischen Daten ist die Basis zur Weiterentwicklung der jeweiligen Prozesse.

Hermann Obermair
Senior Vice President bei Andritz Automation

„Durch die Bündelung aller Automationsaktivitäten können wir unseren Kunden weltweit in allen Branchen ein umfassendes Spektrum an innovativen, digitalen Produkten und Lösungen anbieten.“

Der Innovationsbedarf des Marktes ist nach wie vor sehr hoch, welcher bedingt durch den Wettbewerbsdruck immer wieder neue Möglichkeiten zur Performancesteigerung und Effizienz der Anlagen aufzeigen muss.

Ein besonderes Augenmerk liegt hier auf der Tatsache, dass einerseits neue Anlagen sowie auch bereits bestehende Anlagenteile mit dem Potenzial neuester Technologien ausgerüstet werden müssen. Die größte Herausforderung für Anlagenbauer besteht darin, die sehr dynamischen Bedürfnisse der einzelnen Branchen zu verfolgen und zu antizipieren, welche Lösungen den Kunden am schnellsten an sein Ziel bringen. Eine sehr enge und gute Zusammenarbeit mit Anlagenbetreibern bildet den Grundstein zu einer erfolgreichen Implementierung der gesetzten Ziele.

Andritz Automation sieht sich hier als wichtiger Partner bei der Realisierung von zusätzlichem Potenzial der jeweiligen Kundenanlagen. Die Kombination der einzelnen Kundenbedürfnisse mit den verfügbaren Technologien ermöglicht optimale Lösungen und erhöht damit massiv die Qualität der geforderten Leistungen.

Die Sammlung aller relevanten Daten als Basis für die Gesamt-Produktionsoptimierung ist Grundvoraussetzung, für die wirtschaftliche Bewertung des Prozesses.

Die Sammlung aller relevanten Daten als Basis für die Gesamt-Produktionsoptimierung ist Grundvoraussetzung, für die wirtschaftliche Bewertung des Prozesses.

Metris – Andritz Digital Solutions: Die gesamtheitliche Lösung für die Innovationskraft in der Prozessindustrie

Andritz Automation hat bereits vor mehr als zehn Jahren damit begonnen, einzelne Anlagenteile bis hin zu Gesamtanlagen zu optimieren und erkannte schon damals die Bedeutung von Daten als „Rohstoff“ zur kontinuierlichen Steigerung der Anlageneffizienz.

Im x-technik-Bericht der November-Ausgabe 2019 wurde die Metris UX Plattform bereits ausführlich mit ihren einzelnen Highlights und Ausprägungen vorgestellt. Heute ist es wichtiger denn je, nicht nur eine umfangreiche Plattform zur Verfügung zu stellen, sondern auch auf die konkreten Kundenbedürfnisse einzugehen sowie deren Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Ein gesamtheitlicher Ansatz zielt daher auf die Daten-Akquisition, auf das richtige Aufbereiten der Daten mit einschlägigem Prozess-Know-how sowie auf die zur Verfügungstellung von zusätzlichen Services ab.

Die einfache Bedienung des Produktionsmanagements als Basis für die autonome Betriebsführung ist für die Weiterentwicklung der Anlage ein essenzieller Bestandteil.

Die einfache Bedienung des Produktionsmanagements als Basis für die autonome Betriebsführung ist für die Weiterentwicklung der Anlage ein essenzieller Bestandteil.

Daten als Grundbaustein der Innovation – die klassische Automatisierung

Als Datenquelle werden meistens ein Automatisierungssystem und die daran angeschlossenen großen Datenbanken verwendet. Die Aufbereitung dieser Daten erfolgt häufig in getrennten Systemen, sodass es immer wieder zu aufwändigen Schnittstellen zwischen mehreren Systemen kommt. Metris nützt hier den Vorteil, dass es gleichzeitig als Automatisierungssystem – Metris X – sowie auch als Datenbank zum Einsatz kommen kann. Die Automatisierungsfunktionalität ist hierbei als integraler Bestandteil der Plattform implementiert und stellt eine nahtlos integrierte Datenübertragung zwischen der Anlagensteuerung und Datenauswertung zur Verfügung. Die Funktionalität der Steuerung kann auf jeder industriespezifischen Hardware zum Einsatz kommen und ist daher nicht an einzelne Hersteller gebunden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die nach IEC genormte Funktionsplan-Ablaufsprache (Metris Block Language MBL) zielsystemneutral zur Anwendung gebracht wird. Die Verwendung von I/O-Modulen beliebiger Hersteller erlaubt es außerdem, auf bereits bestehende Anlagen aufzusetzen, ohne dass die Verkabelung bzw. I/O-Module erneuert werden müssen.

Die integrierte Plattform bietet viele Vorteile, nicht nur durch ihre Verwendung als Anlagensteuerung und der erweiterten Diagnose, sondern insbesondere durch die Verwendung integrierter Anwendungen wie Zustandsüberwachung, Prozessanalyse, KI-Betriebsunterstützung sowie E-Learnings und Trainings für das Einrichten spezifischer KPIs und Prognosemodelle für jeden Kundenprozess.

Metris wurde entwickelt, um vernünftige und benutzerfreundliche Lösungen, einschließlich deren Services, implementieren zu können. Der Mehrwert kommt hier angefangen von kleinen Systemen wie einzelnen Maschinen bis hin zu gesamten Enterprise-Lösungen zur Anwendung.

Verwendung der Rohdaten als Basis für digitale Innovation

Wichtiger denn je ist die Anreichung der Daten mit dem jeweiligen Prozess-Know-how, welches als Grundlage für die eigentliche Nutzung der Digitalisierung ausschlaggebend ist. Der gesamtheitliche Ansatz beschäftigt sich mit der Performance von einzelnen Anlagenteilen über die Analyse einzelner kombinierter Prozessschritte, das Aufzeigen von dediziertem Verbesserungspotenzial, bis hin zu einer Gesamt-Produktions-Optimierung.

Die Zuverlässigkeit sowie Verfügbarkeit der physikalischen Anlagenteile bilden die Basis, um das Betreiberrisiko sowie die Betriebskosten zu minimieren. Als wichtiger Bestandteil ist hier die aktive Zustandsüberwachung, ein integriertes Management für die Anlagenwartung sowie das Aufzeigen von etwaigen zukünftigen Risiken von entscheidender Bedeutung.

Die Implementierung einer risikobasierenden Wartung ermöglicht es dem Anlagenbetreiber, etwaige sich abzeichnende unnötige Stillstände vorab zu erkennen und entsprechende Schritte einzuleiten. Neben der standardisierten Überwachung der einzelnen Maschinenkomponenten gewinnt auch die Überwachung des digitalen Cyber-Risikos zunehmend an Bedeutung. Insbesonders die Berücksichtigung der einzelnen Automatisierungskomponenten auf das Vorhandensein von Schadsoftware ist im Zeitalter der Digitalisierung ein unbedingtes Muss. Metris vereint hier beide Welten und stellt mit der Berechnung eines digitalen Cyber-Sicherheitsfaktors einen weiteren nahtlos integralen Bestandteil für die risikobasierte Wartung zur Verfügung.

Prozessanalyse als Basis für die Prozessoptimierung

Prozessanalyse und Produktionsinformationen sind Analysemethoden zur Aggregation von Daten, welche zur Steigerung der Effizienz und Effektivität eines Prozesses erforderlich sind. Diese Funktionen bewerten, wie effizient der Anlagenprozess gestaltet ist.

Der Betrieb und die Wartung einer Anlage erzeugen normalerweise große Mengen strukturierter und unstrukturierter Daten. Betreiber, Ingenieure und andere Interessensgruppen müssen in der Lage sein, rechtzeitig die erforderlichen Informationen für die Entscheidungsfindung zu erhalten. Die Visualisierung des Prozesses mit Standardmethoden, wie einem HMI oder SCADA System, reichen nicht immer aus. Prozessanalysen und Produktionsinformationen werden zusammen verdichtet, um alle Anlagendaten, Ereignisse und Korrelationen zu visualisieren. Dies sind Funktionen zur Analyse von Zeitreihendaten über einen bestimmten Zeitraum, von den Prozessleitsystemen generierte Zeitreihendaten, Daten von Wartungs- und Laborsystemen sowie Beobachtungen von Bedienern und Ingenieuren. Metris bietet hier Werkzeuge und KI-Funktionen zum Verbinden und Visualisieren von Daten je nach Bedarf in Echtzeit. Suchmechanismen und die Fähigkeit, Muster effektiv zu erkennen, sind verfügbar und können zusammengeführt werden, um zukünftige Informationen für Prozesse und Geräte bereitzustellen.

Für die Berechnung der Gesamtanlageneffektivität sind Prozessanalysen und Produktionsinformationen erforderlich, bei der Faktoren wie Zeit, Geschwindigkeit und Qualität kombiniert werden, um festzustellen, ob eine Anlage oder ein Prozess effizient und effektiv ausgeführt wird. Beispielsweise kann durch die Gesamtanlageneffektivität eine Aussage getroffen werden, inwieweit die Qualität des Endprodukts beeinflusst wird, wenn die Anlage mit einer höheren Geschwindigkeit läuft. Auch die Berücksichtigung etwaiger auftretender Ausfälle kann damit prognostiziert werden. Zusammengefasst zeigt der Gesamtanlageneffektivitäts-Index alle Einflussfaktoren entsprechend grafisch aufbereitet.

Gesamt-Produktions-Optimierung als Schlüssel zum Erfolg

Optimierung auf den Punkt gebracht ist die Fähigkeit, das beste Produkt zu den niedrigsten Kosten zu jeder Stunde des Tages zu produzieren, basierend auf den aktuellen Umgebungsbedingungen, Einschränkungen und Möglichkeiten der jeweiligen Anlage. Die Automatisierung sowie die Prozessanalyse spielen dabei eine entscheidende Rolle, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Die Metris Plattform sammelt Informationen von allen Systemen und Datenbanken über jeden Regelkreis, jedes Steuerventil, jeden Motor etc. sowie von allen Variablen des Prozesses. Ausgefeilte Signalverarbeitungs- und statistische Werkzeuge in der Plattform identifizieren Regelkreise und Assets, die nicht optimal funktionieren und prognostizieren die wirtschaftlichen Auswirkungen auf den Gesamt-Produktionsprozess. Bei dieser Evaluierung wird auf den Baukasten der Künstlichen Intelligenz (KI) zurückgegriffen, um möglichst rasch und effizient zu einem Ergebnis zu kommen.

Metris bietet hier im Rahmen der KI-basierten Berechnung an, einerseits standardisierte Werkzeuge wie u. a. Phyton, Jupyter, TensorFlow etc. einzusetzen sowie auch die Möglichkeit Künstliche-Intelligenz-Algorithmen direkt im Automatisierungssystem Metris X ablaufen zu lassen. Dies ermöglicht es nun jedem Anwender, welcher „nur“ über Kenntnisse der Automatisierungstechnik verfügt, auch KI-basierte Berechnungen in seiner Steuerung einzusetzen und damit einen direkten Beitrag für die Produktivität der Gesamtanlage zu leisten.

Der optimierte Prozess als Türöffner für die autonome Betriebsführung

Das Produktionsmanagement innerhalb der Metris-Plattform stellt den umfassendsten Bereich mit allen Funktionen dar, die von der Datenerfassung und -überwachung sowie Optimierung bis hin zur eigentlichen autonomen Betriebsführung benötigt werden. Das Gleichgewicht der eingesetzten Energie, Rohstoffe, Chemikalien sowie das zu erzielende Ergebnis der Produktion und Erreichung entsprechender Qualitätsparameter werden hier auf einer globalen Ebene zusammengeführt.

In Produktionsanlagen gibt es derzeit immer noch Bereiche, in denen manuelle Sollwerteinstellungen erforderlich sind, um alle Prozesse innerhalb der angegebenen Grenzen zu halten. Im Rahmen der Umweltverträglichkeit der Produktionsanlagen ist jedoch immer darauf zu achten, sorgsam mit den eingesetzten Rohstoffen umzugehen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise behandelt das Produktionsmanagement nicht alle Bereiche separat, sondern bietet einen ganzheitlichen Ansatz zur gleichzeitigen Optimierung aller Bereiche.

Produktionsprozesse in der Prozessindustrie sind mit erheblichen Zeitverzögerungen verbunden, die durch verschiedene Prozesselemente wie Tanks, Zwischenspeicher oder Rohre verursacht werden. Diese Verzögerungen erschweren die Analyse von Ursache und Auswirkungsbeziehungen im Prozess. Metris bietet hier Funktionen an, um diese Verzögerungszeiten dynamisch zu kompensieren, womit eine bessere Nachverfolgbarkeit der Prozesszusammenhänge ermöglicht wird. Die Verzögerungszeitkompensation kann auf historische Prozessdaten angewendet, aber auch online für zukünftige Szenarien berechnet werden.

Im Falle von unerwarteten Störungen ist es wichtig, perfekte Vorgaben für alle Teilbereiche des Produktionsprozesses zu finden, auch wenn diese nicht direkt mit dem Problem zusammenhängen. Im Falle eines unerwarteten Wartungsstillstands in einem Bereich versucht das Produktionsmanagement, die Auswirkungen auf die gesamte Produktion abzuschwächen, das bedeutet die Produktionsraten zu verringern, anstatt den Betrieb vollständig abzuschalten. Die Pufferkapazitäten aller Tanks werden auch verwendet, um die Produktion am Leben zu erhalten.

Das Produktionsmanagement wird auch zur Planung von Anlagen-Stillständen verwendet. Dies ermöglicht es dem Anlagenbetreiber bereits im Vorfeld die Verwendung einzelner Rohstoffe richtig zu planen. Beispielsweise können einige Tanks sogar gewünschte Grenzwerte temporär unterschreiten, um während des Herunterfahrens noch genügend Kapazität zu haben, die Produktion bei maximaler Leistung am Leben und so stabil wie möglich zu halten. Die zur Verfügung gestellten Echtzeitinformationen ermöglichen das breite Wissen über die Zusammenhänge einzelner Prozessschritte noch besser zu verstehen und ebnen damit den Weg für die autonome Betriebsführung der Anlagen.

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