Ganzheitlicher Ansatz beim Anlagenbau: Anlagenplaner müssen sich vom Silodenken verabschieden.

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Digitaler Zwilling Die Anlage jederzeit im Blick

29.08.2018

Die Erwartungen an den Digitalen Zwilling einer Anlage sind hoch. Schnellere Innovationsprozesse, effizientere Produktion und niedrigere Kosten für die Instandhaltung sind nur einige Aspekte. Unternehmen wollen diese Vorteile gerne für sich nutzen. Damit das digitale Abbild die geplanten Ziele erfüllen kann, benötigen Anlagenbauer und -betreiber aber Lösungen, die alle erforderlichen Daten zusammenführen.

Bei einem Digital Twin handelt es sich um eine leistungsstarke Kombination aus Echtzeitdaten (beispielsweise Temperatur, Druck und Ort), Modell (Metadaten, Klassifizierung, Zusammensetzung und Struktur), Überwachung (Zustand und Alarme) und einem eindeutigen Identifikator, der eine spezifische Entsprechung zu einem Objekt hat. Ein Digital Twin ist die umfassende digitale Darstellung eines physischen Objekts. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Pumpe, Turbine oder Kolonne handeln, aber auch um eine gesamte Anlage.

Damit ein Digitaler Zwilling den maximalen Nutzen für ein Unternehmen liefern kann, muss er einige grundlegende Kriterien erfüllen:

  • Verfügbarkeit: Alle Informationen müssen allen Mitarbeitern in der für ihre Aufgaben relevanten Form zur Verfügung stehen. Das kann einerseits ein komplettes hochauflösendes 3D-Modell auf einem Touch-Screen sein, das für eine Projektbesprechung genutzt wird, oder eine Darstellung auf einem Gerät, das für Augmented Reality geeignet ist und das Service-Techniker in der Anlage verwenden.

  • Vertrauen in die Daten: Alle Nutzer müssen Vertrauen in die Informationen haben, die sie aus den Systemen abrufen. Heute verbringen Mitarbeiter viel Zeit damit, Informationen zu suchen und zu validieren.

  • Beherrschbar: Verfügbarkeit von Informationen über Systemgrenzen hinweg und Vertrauen in die Qualität der Daten kann nur gewährleistet werden, wenn es keine nennenswerten Verzögerungen bei der Pflege dieser Daten gibt. Alle Systeme müssen hochintegriert sein.

  • Connected: Einzelne Datensilos sind nicht akzeptabel. Das gilt auch und besonders für alle Daten, die während der Produktion anfallen. Sie müssen nicht nur den Produktionssystemen zur Verfügung stehen, sondern auch die Abteilungen für Prozessoptimierung sowie Anlageninstandhaltung und Inspektion müssen auf diese Daten zugreifen können.

An einem stationären Touch-Screen oder einem Tablet haben beispielsweise Mitarbeiter in der Messwarte oder bei ihren Rundgängen schnellen Zugriff auf relevante Informationen. Sie benötigen nur ihren Finger, um in 3D durch die gesamte Anlage zu navigieren. Außerdem können sie Details zu den einzelnen Komponenten abrufen und erhalten unter anderem Echtzeitinformationen, historische Daten oder Prognosen über die Verfügbarkeit der Ventile, Pumpen und Tanks.

Verschiedene Anwendungen

Eine mobile Anwendung, die auf einem Digital Twin basiert, ermöglicht zum Beispiel Servicemitarbeitern, die Effizienz ihrer Wartungsarbeiten zu erhöhen. Das Unternehmen Italpresse Gauss hat auf dieser Basis das Tool AMe entwickelt, und damit das Angebot für seine Kunden attraktiver gemacht: Der Anwender erwirbt nicht nur die Maschine, sondern auch eine Applikation für Tablets, mit der sich die Wartung und Instandhaltung effizienter gestalten lässt. Dafür hat Italpresse Gauss die Augmented- und Virtual-Reality-Software von Aveva in seine Lösungen für Leichtmetallguss integriert.

Das Bedienpersonal richtet einfach die Kamera des Tablets mit installiertem AMe auf einen Maschinenteil und extrahiert dadurch erweiterte Daten und Wartungsunterlagen. Mit deren Hilfe stellen die Mitarbeiter fest, welche Komponenten gewartet oder repariert werden müssen. Anhand des digitalen Abbilds und mit Hilfe von Augmented Reality erhalten sie eine detaillierte Anleitung, um die erforderlichen Arbeiten Schritt für Schritt fehlerfrei durchzuführen.

Zudem eröffnen sich für Italpresse Gauss neue geschäftliche Möglichkeiten für innovative Dienstleistungen. Das Unternehmen kann seinen Kunden mit Hilfe von AMe Maintenance-as-a-Service anbieten. Die Erstdiagnose wird per Tablet vom Bedienpersonal vor Ort erstellt. Anschließend kann ein Techniker, der mit einem Virtual-Reality-Headset ausgestattet ist, von einer Servicezentrale aus das lokale Serviceteam unterstützen. Das Ergebnis sind einfachere Diagnose- und Instandsetzungsprozesse.

Auch immer mehr Chemieunternehmen setzen auf die Digitalisierung, um sich in einem Umfeld aus steigendem Wettbewerb und sinkenden Margen Vorteile zu sichern. So implementiert beispielsweise Eastman Chemicals Company eine intelligente Datenmanagement-Software mit dem Ziel, seine Kosten für Engineering und Design um 30 Prozent zu reduzieren. Und NIIK, ein russisches Chemieunternehmen, hat Laser Scanning und 3D-Modellierung eingeführt, um Projekte schneller durchzuführen und die Kosten in erheblichem Umfang zu reduzieren.

Einheitliche Plattform

Anlagenbetreibern stehen prinzipiell zwei Wege offen, wie sie zu dem digitalen Abbild kommen: Entweder sie wählen für die einzelnen Phasen des Asset Lifecycle und des Betriebs Lösungen verschiedener Anbieter. Dabei muss sich der Betreiber (beziehungsweise sein Integrator) allerdings um die Zusammenarbeit der Silolösungen über Schnittstellen kümmern.

Die Digitalisierung und ihre Ausprägung Digital Twin sind jedoch Treiber, um das gesamte Unternehmen zu sehen – von der ersten Idee für eine neue Anlage bis zum gesamten Betrieb der Anlage. Immer mehr Unternehmen übernehmen diesen ganzheitlichen Ansatz. Insofern verwundert es nicht, dass der aktuelle Trend weg von Einzellösungen führt. Der maximale Nutzen wird erreicht, wenn sich Unternehmen vom Silogedanken lösen und das große Ganze sehen.

Ein Digital Twin sollte also schon bei den Anlagenbauern beginnen. Sie benötigen Softwarelösungen, um die Prozesse zu simulieren und die gesamte Anlage zu planen. Das reduziert den Aufwand, ermöglicht komplett neue Workflows wie Hin- und Herwechseln zwischen stationärer und dynamischer Simulation sowie Dynamic Process Design. Außerdem sorgen Lösungen für Engineering, Procurement und Construction unter anderem für eine effiziente Beschaffung des Materials, über das die Hersteller alle Angaben digital zur Verfügung stellen.

Geht die Anlage in den Betrieb, muss der Betreiber auf die bisher generierten Daten zugreifen können, um sie für seinen Digital Twin nutzen zu können. Betreiber müssen die Daten von den EPC-Unternehmen daher im richtigen Format einfordern. Verwenden Anlagenbauer und Betreiber die gleiche Software, ist diese Übergabe wesentlich unkomplizierter. Diese Vorgehensweise trägt dazu bei, dass Barrieren zwischen einzelnen Abteilungen verschwinden – alle User haben das gleiche Interface, arbeiten auf der gleichen Plattform und bekommen die gleichen Ergebnisse.

Ein Digital Twin muss die Anlage komplett abbilden, zuverlässig funktionieren und auch in Echtzeit aktualisiert werden – die im Betrieb anfallenden Daten der Anlage müssen also ins Modell zurückfließen. Dafür brauchen Unternehmen einen Anbieter, der mit seinem Software-Portfolio sowohl alle Bereiche des Asset Lifecycle als auch des Betriebs abdeckt.

Eine 360°-Lösung ist die Basis für vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Für ein Unternehmen sollte aber zu Beginn die Frage lauten, wie es seine Wertschöpfung verbessern kann.

In diesem Zusammenhang sind insbesondere für die chemische Industrie zwei Bereiche zu nennen, bei denen sich Investitionen in die digitale Transformation mit hoher Wahrscheinlichkeit lohnen werden: Augmented Reality ermöglicht Anwendungen wie beispielsweise von Italpresse Gauss, um Wartungen schneller und effizienter durchzuführen. Die Daten ermöglichen darüber hinaus aber auch Predictive Maintenance, bei der ein möglicher Ausfall erkannt wird, bevor er eintritt.

Bildergalerie

  • Ein italienischer Maschinenbauer nutzt den Digital Twin für seine mobile Anwendung, die Wartungs- und Instandsetzungsprozesse vereinfacht.

    Bild: Aveva

  • Augmented Reality ermöglicht es, Wartungen schneller und effizienter durchzuführen.

    Bild: Aveva

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