Leistungssteigerungen in der Produktion sind vor allem dank der Expertise von Fachkräften möglich. Diese verlieren Papierunternehmen aber mehr und mehr an den Ruhestand. Clevere Lösungen schaffen hier Abhilfe.

Bild: Honeywell

Anlagentuning per Fernanleitung Diesen Herausforderungen stehen Papierunternehmen gegenüber

11.07.2019

In der Papier- und Zellstoffindustrie besteht ein dringender Bedarf zur Verbesserung der Profitabilität. Mit dem Erreichen hoher Qualitätsvorgaben ist es oftmals nicht getan. Welcher Handlungsbedarf besteht und wie sich die Performance von Papierherstellern verbessern lässt, lesen Sie im folgenden Artikel.

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Die Verbesserung der Profitabilität lässt sich durch Produktionseffizienz und Flexibilität bei gleichzeitig hochbleibender Qualität und anspruchsvoller Produktspezifikationen erreichen. Ist eine Maschine richtig eingestellt, führt das zu geringeren Ausschussraten und Produktionsverlusten und wirkt sich erheblich auf den Gewinn eines Papierunternehmens aus.

Außerdem konzentrieren sich traditionelle Wartungsprogramme eher auf Qualitätskennzahlen (KPIs) wie die zwei Sigma-Werte. Aber das Erreichen hoher Qualitätsvorgaben bedeutet nicht zwangsläufig eine höhere Profitabilität.

Fachkundige Mitarbeiter zunehmend im Ruhestand

Die Papierhersteller benötigen einen Betriebs- und Wartungsansatz, der auf kontinuierlicher Datenerfassung und -analyse, multivariablen Steuerungen der Maschinenlaufrichtung (Machine Direction, MD) und der Querrichtung (Cross Direction, CD) sowie ferngesteuerter Expertenoptimierung basiert. Experten verknüpfen nun die neuesten Technologien des industriellen Internets der Dinge (IIoT) sowie ergebnisorientierte Unterstützungsprogramme mit weiteren wichtigen Informationen für eine dauerhaft hohe Performance.

Des Weiteren geht immer mehr erfahrenes Personal in den Ruhestand. Nur sehr wenige Mitarbeiter verfügen über das Wissen zur Optimierung dreidimensionaler, extrem schneller Papiermaschinensteuerungen mit einer Vielzahl spezialisierter Algorithmen. Leistungssteigerungen in Papiermühlen beruhen zunächst auf fachlicher Expertise, dem Zugang zu wichtigen Betriebsinformationen und der Möglichkeit, Daten zu erfassen und zu analysieren, um dadurch eine verbesserte Profitabilität zu erzielen.

Herausforderungen für Papierunternehmen

Der Betrieb einer Papier- und Zellstoffanlage war nie einfach und ist in den letzten Jahren noch anspruchsvoller geworden. Höhere Kosten für Energie und Rohstoffe, abgestufte oder Ausschussproduktionen sowie verspätete Lieferungen können zu erheblichen finanziellen Verlusten und Kundenbeschwerden führen.

Zu den Anforderungen für einen effektiven Betrieb gehören:

  • simultane Optimierung von Trockengewicht, Feuchte und Profildicken

  • Optimierung der Profile für Nasspresse und Rollenfeuchte, um Homogenität und Laufeigenschaften der CD-Ausrichtung zu verbessern

  • Optimierung der Feuchteprofile und des Energieverbrauchs durch optimalen Dampfeinsatz und Feuchtigkeitsauftrag

Bei bis zu 2.000 Regelkreisen einer modernen Papier- und Zellstofffabrik kann die korrekte Erkennung von Automatisierungsproblemen und die Festlegung von Prioritäten zur Problembewältigung eine große Herausforderung darstellen. An jedem Tag werden bis zu 25 Prozent der weltweiten Prozesse in der Papierproduktion nicht optimal betrieben. Daher kann selbst eine geringfügige Verbesserung der Performance einen großen Einfluss auf den weltweiten Energie- und Faserverbrauch bewirken.

Die Entsendung eines Experten in eine Mühle zur Bearbeitung von Problemen mit der Regelungsgüte ist jedoch kostspielig und aufgrund der langen Zykluszeiten zwischen den verschiedenen Papiersorten oft ineffizient. Möglicherweise ist der Experte auch schon abgereist, bevor alle Einstellungen und Optimierungen abgeschlossen und validiert sind.

So lässt sich die Performance verbessern

Produzenten müssen sich außerdem um die Standardisierung der Betriebsabläufe in allen Produktionslinien und ihren verschiedenen Standorten kümmern, wichtige unternehmensweite Informationen bereitstellen und Auslöser für Stillstände und Produktivitätsverluste vermeiden. Insbesondere Papier- und Zellstoffbetriebe benötigen spezifische KPI-Lösungen, beispielsweise zu reproduzierbaren Sensormessungen, statischer Genauigkeit, dynamischer Korrelation, MD- und CD-Variationen, leistungsfähigen Umstellungen, Blattrissen und Sonderanfertigungen. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Leistungssteigerungen auch bei Anlagenanpassungen und Störungen beizubehalten und den Gesamtzustand der Produktionskomponenten zu sichern.

Führende Lieferanten der QCS-Technologie wie Honeywell bieten jetzt ferngesteuerte Expertenunterstützung bei der Einstellung und Optimierung an, um so zur optimalen Performance der Kunden beizutragen – und das jederzeit. Ergebnisorientierte Abmachungen erfordern von den Experten eine enge Zusammenarbeit mit den Kunden, um die Rentabilität zu erhöhen und gleichzeitig die Qualität der Produktion zu wahren.

Eine wesentliche Funktion der geführten Ferneinstellung und -optimierung ist die Unterstützung beim Übergang der Maschinen von einer „sicheren“ Produktionsqualität (zum Beispiel alles sieht gut aus – die Qualitätsprofile sind ausgezeichnet) in Richtung ihrer maximalen Möglichkeiten. Im Allgemeinen vermeiden Betreiber diese Herausforderung und neigen dazu, die Stabilität höher als die Maximierung der Produktion einzustufen.

Während die Papiermaschinen ihre Betriebszyklen durchlaufen, verschlechtern sich deren Ausrüstung und Leistung stetig bis zur nächsten Wartungsabstellung. Papiermaschinen verschmutzen im Inneren und der Stoffauflauf verschlechtert sich, sodass Anpassungen der CD-Steuerelemente erforderlich werden. Außerdem blockieren Ventile und die Prozessschwankungen nehmen zu. Die Bediener können dies abfangen, indem sie zu einem sichereren Modus übergehen, ohne jedoch genau einschätzen zu können, wann sie zu konservativ sind.

Fehlererkennung auf Sensorebene

Durch die Nutzung einer robusten Logik zur Fehlererkennung und Diagnostik auf der Ebene der Scanner/Sensoren erhält man Bewertungen und Empfehlungen zur Reglerleistung, Fernunterstützung bei der Einstellung und Optimierung sowie nützliche Vorher-/Nachher-Leistungsreports. So können auf der Basis eines Leistungsvertrags die Produktion und der Gewinn am oberen Ende der Leistungskurve gehalten werden – trotz des verlorengegangenen Know-hows der in den Ruhestand gehenden Mitarbeiter. Dadurch können Papiermühlenbetreiber

  • auf einen niedrigen Automationsgrad, schlechte Leistung und Prozessschwankungen reagieren,

  • die Leistung von Papiermaschinen mit anderen Maschinen vergleichen,

  • auf rechtzeitige Hinweise über Leistungsabweichungen eingehen,

  • die Gesamtleistung bei Prozessänderungen und Störungen sicherstellen,

  • die Gesamtanlageneffektivität (OEE) verbessern und

  • die Kosten für die Nettoproduktion verringern.

Ein wesentlicher Effekt der neuesten intelligenten Services ist die Möglichkeit, das Betriebspersonal mittels Prozess- und Maschinendaten innerhalb weniger Minuten nach einem Vorkommen über ein mögliches Regelungs- oder Leistungsproblem in Kenntnis zu setzen und dann proaktiv entsprechende Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Die Lösung hilft auch bei der Entwicklung einer Roadmap zur Automatisierung und Qualitätskontrolle, um auf dem neuesten Stand der Technik zu bleiben. Sie unterstützt zusätzlich bei proaktiver Systempflege, Softwareaktualisierungen und Patches, Hardwareerweiterungen oder Systemmigrationen.

Proaktive Überwachung mit tragbaren Geräten

Automatisierungsanbieter können durch die Implementierung einer Cloud-Technologie einen zusätzlichen Mehrwert für ein QCS vor Ort schaffen, mit der die Optimierung während der Laufzeit durch kontinuierliche Datenerfassung, Analysen, unmittelbare Benachrichtigung und proaktive ferngesteuerte Optimierung durch Experten ermöglicht wird. Anwender können die Qualitätskontrolle mit sogar 75 Prozent niedrigeren Support-Kosten im Vergleich zu traditionellen Lösungen verbessern.

Im Gegensatz zu Ansätzen mit manueller Datenerfassung, Analyse und Einstellung verknüpfen die aktuellen Lösungen die Papiermaschine, die Scanner und andere wichtige Komponenten im Prozess der Papierherstellung in digitaler Form. Ein Analyserechner kann Steuerungsinformationen in Echtzeit bereitstellen und den Beteiligten über Leistungs- und Status-Dashboards anzeigen.

Über ein intelligentes Gerät mit Browserunterstützung können berechtigte Mitarbeiter auf Systemdaten zugreifen. Durch die neu angebundene QCS-Optimierung erhalten der technische Support und das Automatisierungspersonal einen Hinweis zum Eingreifen, der Aktionsaufruf nutzt mobile Geräte, was die Zeit bis zum Eingriff von Tagen/Wochen/Monaten auf Minuten verringert.

Intelligente tragbare Geräte ermöglichen die proaktive Überwachung von QCS-Status und Automatisierungsperformance. Mitarbeiter vor Ort werden in Echtzeit mit Experten aus der Ferne verbunden, sodass diese das vorhandene Wissen aufnehmen und gleichzeitig an der raschen Problemlösung arbeiten können.

Die tragbaren Geräte bestehen aus einem auf dem Kopf befestigten visuellen Bildschirm, der auf Sprachbefehle reagiert und Live-Daten, Videos, Fotos, Dokumente und Arbeitsabläufe sowie Status- und Sicherheitsinformationen anzeigt. Darüber hinaus hilft ein immersives Kompetenztraining dabei, das interne Kompetenzniveau schneller zu entwickeln.

Wie ergebnisorientierte Services funktionieren

Als strategischer Partner ist der Anbieter von Steuerungssystemen im Rahmen eines ergebnisbasierten Servicevertrags für die Bereitstellung der erforderlichen Fachkräfte und Materialien zur Realisierung definierter Ergebnisse verantwortlich, wobei die Vergütung an die erzielten Resultate angepasst wird. Abweichend von einem traditionellen Ansatz mit vorherigem festgelegtem Material- und Personalbedarf ist es das Ziel, den Gewinn zu steigern und gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) der Anlage dadurch zu optimieren.

Unter Nutzung der weiterentwickelten Cloud-Technologie konzentrieren sich die ferngesteuerten Experten-Services für die Feinabstimmung und Optimierung auf folgende Aktivitäten:

  • vorausschauende Feinabstimmung für CD/MD (Optimierung der Prozessleistung)

  • Sensordiagnosen (frühzeitige Vorhersage von Fehlern)

  • Analyse von Blattrissen (Sicherung der Produktionsqualität)

Die Service-Plattform erfasst automatisch große Datenmengen und führt eine erste Analyse dieser Daten durch, um Trends, die auf bevorstehende Steuerungsprobleme hindeuten, rasch aufzuzeigen. Wesentliche Informationen werden von QCS-Experten in Echtzeit aus der Ferne überwacht und mit etablierten Leistungskennzahlen verglichen. Gleichzeitig können weniger qualifizierte Werksmitarbeiter unter fachkundiger Anleitung wichtige Aufgaben selbst ausführen und die Qualität, Verfügbarkeit und Produktivität aufrechterhalten.

Im Anschluss an die Kickoff-Absprachen wird für jede Sorte beziehungsweise Sortengruppe ein bestens bewährter Ablauf verwendet, der mit der Datenerfassung aus den Sprungtests beginnt und anschließend die Daten zu den externen Experten zwecks Analyse, Empfehlung, Implementierung und Bestätigung beziehungsweise Überwachung transferiert. Auf diese Schritte folgen die Erstellung eines Optimierungsberichts sowie Empfehlungen für eine nachhaltige Performance.

Die Verwendung einer sogenannten Balanced Scorecard dient der Unterstützung, Wartung und Optimierung von Systemen. Die Bewertungskarte gilt als Orientierung, denn die richtige Einstellung ergibt sich durch die Gewichtung der wirtschaftlichen Notwendigkeiten der Papierfabrik unter Anwendung selektiver KPIs in den Bereichen Support (das heißt schnellere Antwortzeit und schnelle Problembehebung), Wartung (das heißt bewährte Praktiken zur Reduzierung von Ressourcenbedarf und Lösungszeit, Verbesserung der Gesamtverfügbarkeit) und Optimierung (das heißt Überwachung, Analyse und Bereitstellung von Tools zur Beurteilung der Regelkreisperformance).

Fazit

Führende Automatisierungsanbieter bieten jetzt eine umfassende QCS-Technologie und Servicelösung für die Zellstoff- und Papierindustrie an. Die Papierunternehmen erkennen, dass durch die von Experten aus der Ferne geleisteten Services hinsichtlich Tuning und Optimierung zusätzlich die Erfahrung und das Fachwissen über das Qualitätsleitsystem des Automatisierungslieferanten mit einbezogen werden.

Somit lassen sich mit einer ergebnisorientierten QCS-Unterstützung die Gewinne steigern, die Qualität aufrechterhalten oder verbessern und die Zuverlässigkeit der QCS-Systeme in der Papierindustrie zur Messung und Steuerung optimieren. Diese Art einer Servicelösung verwendet die neuesten sicheren, cloudbasierten, IT-bezogenen Industrietechnologien der vierten Generation, um Papierherstellern einen erheblichen Nutzen zu einem Bruchteil der vorherigen Kosten anzubieten.

Bildergalerie

  • Eine wesentliche Funktion der geführten Ferneinstellung und -optimierung ist es, Maschinen in Richtung ihrer maximalen Möglichkeiten zu bringen.

    Bild: Honeywell

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