Autonomer Betrieb

Steigende Kundenanforderungen, höherer Wettbewerb und sich immer schneller verändernde Rahmenbedingungen: All das sind Herausforderungen, denen sich die moderne Industrieproduktion heutzutage stellen muss.

Die Digitalisierung und Vernetzung von gesamten Wertschöpfungsketten trägt entscheidend dazu bei, dass Unternehmen in diesem Umfeld ihre Ziele hinsichtlich Effizienz und Rentabilität besser und effektiver erreichen können. Die Antwort von ANDRITZ auf diese digitale Transformation lautet: Optimization of Process Performance (OPP).

Metris OPP umfasst ein Bündel digital gestützter Werkzeuge zur Verbesserung von industriellen Prozessen auf Basis von Big-Data-Analysen. Seit über einem Jahrzehnt ist das von ANDRITZ entwickelte System erfolgreich im Einsatz. Mehr als zwei Dutzend langfristige OPP-Verträge wurden mit Kunden geschlossen, hauptsächlich mit Zellstofffabriken, aber auch mit einigen Stahl- und Chemiewerken. Zu den Kundenanlagen gehören sowohl ältere als auch einige sehr moderne Werke.

Beide Werkstypen kann OPP wesentlich effizienter machen, etwa durch die Vermeidung von Bahnrissen in Trocknern oder Papiermaschinen, geringeren Chemikalienverbrauch in Bleichanlagen, Verkauf von zusätzlichem Strom an das Netz dank besserer Dampf-Energie-Bilanz oder Vermeidung von Ausfällen durch vorausschauende Wartung.

Eldorado Celulose, einer der größten Zellstoffhersteller der Welt, setzt mit großem Erfolg auf Metris OPP. Produktion und Betriebssicherheit konnten ohne weitere Investitionskosten deutlich erhöht werden.

1. INSTALLATION

Intelligente Sensoren werden überall dort installiert, wo der Kunde es wünscht: in der Anlage selbst, aber auch außerhalb, an neuralgischen Punkten der Prozesskette.
Sie lassen sich leicht und flexibel in neue wie alte Werke einbauen.

Eine Vielzahl an Sensoren sendet Daten eigenständig, drahtlos und verschlüsselt an Auswertungsboxen, die mit dem Gesamtsystem vernetzt sind.

2. ERFASSEN

Die gemessenen und gesendeten Sensordaten werden im System gesammelt, verifiziert und für die weitere Verarbeitung gespeichert.

Industrieanlagen produzieren Unmengen an Daten. Das Metris OPP-System sammelt, vergleicht und fügt sie zusammen. In der Realität ist das ein sehr komplexer, rasend schneller Vorgang. Bei einer Zellstofffabrik werden beispielsweise in einer Sekunde mehrere Tausend Prozessdaten produziert und verarbeitet.

3. MUSTER ERKENNEN

OPP hilft, die DNA einer Anlage zu entschlüsseln und zu verstehen – die charakteristische Art und Weise, wie sie arbeitet und funktioniert. Dabei geraten Besonderheiten und Auffälligkeiten in den Blick, die sich bereinigen lassen. So läuft die Anlage anschließend stabiler und gleichmäßiger.

4. OPTIMIEREN

Nach Wunsch und Bedarf kann jeder Aspekt des durch OPP überwachten Produktionsprozesses analysiert, reguliert und verbessert werden. Fehler werden reduziert, die Produktion läuft stabiler, sicherer und effizienter.

LEISTUNG MESSEN UND OPTIMIEREN

Metris OPP analysiert riesige Datenmengen, die an zahlreichen Stellen der Produktionssysteme einer Anlage gesammelt werden, um darauf basierend die Leistung zu verbessern. Das klingt einfach, ist aber komplex, denn der Betrieb einer Anlage ist vielschichtig. Das Leitsystem steuert die Anlage, Bedienpersonal greift in das System ein. Schwankungen der Rohmaterialqualität sowie Umweltfaktoren können dazu führen, dass die Leistung langsam, aber stetig vom Soll abweicht.

Um in einem solch komplexen System Ursachen zu identifizieren, muss man sowohl die strukturierten Daten des Leitsystems analysieren als auch die unstrukturierten Daten, die von Eingriffen des Bedienpersonals herrühren. Daraus können Wechselbeziehungen und Steuermodelle abgeleitet und angewendet werden, um den Durchsatz zu stabilisieren bzw. zu erhöhen. Auch Ressourcen lassen sich einsparen.

BIG DATA UND GROSSES KNOW-HOW

Metris OPP wird dieser Komplexität gerecht und unterstützt die ANDRITZ-Kunden wirkungsvoll. Das System arbeitet mit 5.000 bis 125.000 Echtzeit-Prozessvariablen. Sie werden über zahlreiche Sensoren und die Leitsysteme einer Anlage gesammelt und von der OPP-Software statistisch analysiert, um Unregelmäßigkeiten oder Verbesserungsmöglichkeiten zu entdecken.
Parallel dazu greift ein Team von 50 ANDRITZ-Ingenieuren den Werkstechnikern vor Ort unter die Arme und entwickelt OPP laufend weiter. Das Team umfasst Steuerungsexperten, Elektrotechniker, Elektroniker, Informatiker und Spezialisten für Chemie, Mechatronik und Mechanik. Um Wissen und Ideen auszutauschen und neue Herausforderungen gemeinsam zu lösen, hat ANDRITZ ein Online-Tool namens Logbook entwickelt, in dem sich die Experten zielgerichtet austauschen können.

EIN SYSTEM MIT ZUKUNFT

ANDRITZ erweitert und verfeinert OPP kontinuierlich, zum Beispiel im Bereich Deep Learning, dem maschinellen Lernen nach der Funktionsweise des menschlichen Gehirns. Zudem kommen sogenannte Bots zum Einsatz – Computerprogramme, die als persönliche Assistenten für den Gebrauch der OPP-Software fungieren. Bereits jetzt sind knapp 40 Apps im Einsatz, die Einführung zahlreicher neuer, meist mobiler Apps ist für 2018 geplant. Außerdem prüft ANDRITZ intensiv eine Liste von rund 500 neuen, möglichen Features, die zum Großteil von Kunden vorgeschlagen wurden.

Nicht zuletzt hat ANDRITZ eine Initiative gestartet, um neue Sensortechnologien für Maschinen und Anlagen unter die Lupe zu nehmen. Heute existieren bereits sehr kleine, drahtlose Instrumente, mit denen man mehr Daten aus den Kundenanlagen gewinnen kann, um beispielsweise Verschleiß früher zu entdecken. Damit legen Anwender eine solide Basis für die vorausschauende Wartung. Augmented Reality ist ein weiterer Schwerpunkt. Mit Hilfe moderner mobiler Geräte, wie etwa Datenbrillen, werden Informationen genau dort zur Verfügung gestellt, wo sie benötigt werden.

WIR SETZEN AUF ERGEBNISSE

Leonardo Pimenta ist Leiter der technischen Steuerung und Überwachung bei Eldorado Celulose in Brasilien. Er ist zuständig für die Prozesstechnik, die IT-Lösungen sowie für die Qualitätssicherung im Werk. Sein Team umfasst mehr als 40 Mitarbeiter. Seit Ende 2016 setzt Eldorado auf Metris OPP. Hat es sich bewährt?

Herr Pimenta, warum sind Sie mit ANDRITZ eine Partnerschaft in puncto OPP eingegangen?

Der Hauptgrund für die Einführung des Systems war ein Vorschlag von ANDRITZ, ein Pilotprojekt zur Verbesserung der Leistung unserer Faserlinie zu starten. ANDRITZ präsentierte einige klare Ziele, um die Hauptprozesse der Faserlinie durch den Einsatz von APC (Advanced Process Control) zu steuern und sicherzustellen, dass diese Regelkreise in 90 Prozent der Zeit im Automatikbetrieb arbeiten. Aus eigener Erfahrung wissen wir, dass die Anlage mit automatisierten Steuerungen eine höhere Leistung erbringt als mit manueller Bedienung. Zudem waren wir der Meinung, dass die Betriebssicherheit gesteigert und die variablen Kosten gesenkt würden, wenn wir diese Ziele erreichen könnten.

Leonardo Pimenta, Technical Control Manager, meets with the OPP team to discuss progress. The team consists of Eldorado process engineers, reliability engineers, and ANDRITZ OPP analysts working side-by-side.

Wie gingen Sie anschließend vor?

Wir setzten alle im OPP-System enthaltenen Konzepte und Technologien gleichzeitig und bewusst schnell um. So arbeitet Eldorado immer. Von Anfang an haben wir eine gemeinsame Mannschaft aus OPP-Analysten von ANDRITZ und Prozess- und Wartungsingenieuren von Eldorado gebildet, die ständig zusammenarbeiten. Zu den Vorarbeiten gehörten das Analysieren und Abstimmen der Regelkreise in der Faserlinie. Danach haben wir über 40 gemeinsame Projekte mit Kombinationen aus Smart-Sensoren, APC, Abstimmung von Regelkreisen und Data-Mining ins Leben gerufen.

Das klingt komplex. Wo setzten Sie konkret an?

Wir sind mit APC für die Faserlinie gestartet und haben inzwischen noch die Kaustifizierung und die Trocknungsanlage hinzugefügt. Von der Grundbedienung der Faserlinie konnten wir zum vollautomatischen und sogar zum unbemannten Betrieb übergehen, wodurch unsere Bedienungsmannschaft frei war für andere, produktivere Aufgaben.

Welche Leistungskennzahlen haben Sie definiert, und was wurde bisher erreicht?

Die Ergebnisse im ersten Jahr können sich sehen lassen. Die Anlagenverfügbarkeit wurde von 89,2 auf 93 Prozent gesteigert. Die variablen Kosten sanken um fünf Prozent, die Produktion lag um 38.000 Tonnen über dem budgetierten Wert, und die APC-Steuerung lief in 95 Prozent der Betriebszeit im Automatikmodus.

Wie wirkte sich das auf die Produktivität des Werks aus?

Wie gesagt, wir haben in weniger als einem Jahr einige wichtige Meilensteine inklusive diverser Produktionsrekorde erreicht. Mit jedem Regelkreis, den wir mit Hilfe von APC steuern, verdienen wir Geld. Unsere Steigerung der Anlagenverfügbarkeit um 3,8 Prozent hat enorme Effekte. Unser Werk wurde für eine Produktion von 1,5 Millionen Tonnen pro Jahr ausgelegt, zur Zeit liegen wir bei 1,7 Millionen Tonnen pro Jahr. Das bringt ein Umsatzplus von vielen Millionen brasilianischen Real. Und diese Verbesserung erreichten wir praktisch ohne weitere Investitionskosten.

Ist der Betrieb des Werks durch den Einsatz von OPP auch stabiler?

Ja. Wir hatten zum Beispiel Probleme mit der Fließbilanzierung, weshalb wir ein Sieb im Kocher alle drei Tage spülen mussten. Dies verursachte Zeit- und Produktionsverluste. Seit der Einführung von OPP und der Erstellung eines APC-Prozesses läuft unser Kocher äußerst stabil. Das Sieb musste seit einem Jahr nicht mehr gespült werden.

Und wie steht es um die Betriebssicherheit?

Wir haben drei sogenannte „Reliability Engineers“ in der OPP-Mannschaft, die unser Projekt zur Förderung des risikobasierten Wartungsprogramms unterstützen. Außerdem haben die OPP-Analysten von ANDRITZ unser SAP-System für die Wartungsplanung genutzt, um wesentliche Informationen aus den 23.000 Anlagendaten in dieser Datenbank zu gewinnen. Diese Daten haben wir mit Informationen aus unserem Prozessleitsystem verknüpft. Mit einem Blick auf den Monitor sehen wir, wo die entscheidenden Risiken liegen. So können wir unnötige Stillstände vermeiden. Insgesamt arbeiten wir mit 95 Prozent Anlagenverfügbarkeit. Das ist ausgezeichnet.

Wie kompliziert ist es für Sie und Ihr Team, mit OPP zu arbeiten?

Obwohl es sehr viel zu tun gibt, ist die Arbeit mit OPP nicht umständlich oder kompliziert. ANDRITZ übernimmt die technischen Programmierungsaufgaben im Hintergrund. Unser Fokus liegt auf der klaren Definition unserer Ziele, zum Beispiel eine Kapazitätserhöhung oder eine Senkung der Schwankungsbreite. Danach definieren wir jene Variablen, die sich auf das Ergebnis auswirken. Manchmal müssen wir auch ein neues Messgerät hinzufügen, damit wir zu Steuerungszwecken verlässliche Messungen haben.

Wie geht es für Sie weiter beim Thema Industrial Internet of Things?

Wir setzen sehr auf Ergebnisse. Beispielsweise läuft derzeit ein OPP-Projekt, das den Aufsichtspersonen helfen soll, die Produktion in Echtzeit mit Hilfe von rechnergestützten Algorithmen zu regulieren. Außerdem arbeiten wir mit ANDRITZ bei einem Augmented-Reality-Projekt zusammen. Es wird dem Wartungspersonal helfen, Informationen vor Ort mit Hilfe einer Augmented-Reality-Brille zu verarbeiten. Für mich steht fest, dass die Digitalisierung uns noch viele Verbesserungsmöglichkeiten bietet.