Grenzen in der Prozessautomatisierung überwinden 79. Namur-Hauptsitzung bietet Lösungen zur Optimierung in der globalen Prozessindustrie

Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Naturgemäß sind die Erwartungen an die Namur-Hauptsitzung hoch – und auch diesmal wurden sie nicht enttäuscht. Viele spannende und zukunftsweisende Vorträge und Diskussionen rund um Themen wie Remote Operation, Industrie 4.0, modularisierte Automatisierung und Plant Performance zeigten bereits am ersten Tag in welche Richtung Anwender und Ausrüster in der Prozessautomatisierung drängt. Die Branche muss Grenzen überwinden, um zu neuen Lösungen zu kommen.

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Namur-Vorsitzender Dr. Wilhelm Otten eröffnete die Namur-Hauptsitzung 2016 in Bad Neuenahr.
Namur-Vorsitzender Dr. Wilhelm Otten eröffnete die Namur-Hauptsitzung 2016 in Bad Neuenahr.
(Bild: Gerd Kielburger)

Bad Neuenahr – Volles Haus, gute Stimmung! Das sind beste Voraussetzungen, um die vielen spannenden und zukunftsweisenden Themen auf der diesjährigen Namur-Hauptsitzung zu präsentieren und diskutieren. Dies versprach Namur-Vorsitzender, Dr. Wilhelm Otten bereits in seiner Eröffnungsansprache an die rund 650 Teilnehmer. Mit der Teilnehmerzahl stieß man nicht nur an die Grenzen der örtlichen Gegebenheiten, sondern die Interessensgemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie forderte auch eine Öffnung der Grenzen der bisherigen Automatisierungstechnik. Dies scheint angesichts der veränderten Märkte wohl mehr denn je nötig.

Viele Stimmen zur und Impressionen von der Namur-Hauptsitzung 2016 haben wir in einer Bildergalerie für Sie zusammengestellt:

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So wird es für Produzenten in der Prozessindustrie unverzichtbar, Prozesse und Abläufe global zu steuern und zu optimieren – z.B. durch die Integration unterschiedlicher Geschäftsvorgänge, die Expansion in Wachstumsmärkte und die Erweiterung der bestehenden Wertschöpfungsketten über regionale Grenzen und Branchen hinweg. In allen Vorträgen – sowohl von Anwender- als auch Ausrüsterseite – werden die Forderungen nach mehr Effizienz und Flexibilität der Produktionsbetriebe propagiert, um die steigenden Kundenanforderungen nach zunehmend spezifizierten Produkten oder ähnliches zu erfüllen.

Auch in der Namur spiegele sich steigende Dynamik, wie Otten zu berichten weiß. „Die Anzahl der Adhoc-Arbeitskreise hat spürbar zugenommen und die Arbeit wird deutlich interaktiver“. Nicht zuletzt auch durch die weiter vorangetriebene Internationalisierung, die sich die Namur auf ihre Fahnen geschrieben hat. In China ist die Namur schon einige Jahre mit einer eigenen Hauptsitzung vertreten, und die chinesischen Kollegen haben bereits zwei NE/NA hervorgebracht. In den USA gab es bisher keine vergleichbare Organisation, die die Interessen von Anwendern in der Automatisierungstechnik vertritt. Auch das konnte mit der Gründung einer Automation Working Group unter dem Dach des ACC (American Chemistry Councils) Anfang Oktober dieses Jahres in Texas umgesetzt werden. Mit dabei sind Unternehmen wie Air Liquide, BASF, Dow, Bayer, Covestro, Evonik, Exxonmobil und Invista.

Mit Innovationen komplexe Probleme lösen

Den diesjährigen Sponsor Yokogawa und Namur verbindet eine lange Zusammenarbeit. Bereits 2005 war der japanische Automatisierungskonzern als Sponsor an Bord. Es gelte heute viele Herausforderungen zu lösen, eröffnete Yokogawa-CEO Takashi Nishijima den Sponsoren-Vortrag – angefangen bei einer wachsenden Weltbevölkerung, über den Umgang mit verknappenden Ressourcen bis hin zur Klimaveränderung. „Gleichzeitig wird die Welt in unseren Produktionsanlagen zunehmend komplexer, etwa durch Vernetzung und Cyberangriffe“, so Nishijima. Diese großen Aufgaben lassen sich seiner Einschätzung nach nur mit Innovationen lösen. Sein Credo: „Yokogawa liefert Lösungen ohne Grenzen für alle Arten von Unternehmen.“ Eindrucksvoller Beleg der Automatisierungskompetenz sind rund 40.000 weltweit durchgeführte Automatisierungsprojekte.

Wie Innovationen für Anwender in der Prozessindustrie aussehen können, zeigte anschließend Dr. Andreas Helget, Geschäftsführer Yokogawa Deutschland, an vielen Beispielen auf. „Das automatisierungstechnische Herz einer Anlage ist nach wie vor das Leitsystem, und dies wird auch so bleiben“, zeigte sich Helget überzeugt, machte aber deutlich, dass Asset Management und anlagennahes AMS längst Realität sind und die Aufgabengebiete erweitert haben. Es solle niemanden verunsichern, dass die Automatisierungspyramide an ihre Grenzen stößt und sich auflöst. „Schließlich ist sie nur ein Modell“, so Helget. Eine flexible Automation, eine optimierte Produktion und Services nach Maß seien heute unabdingbare Voraussetzungen für erfolgreiche Produzenten, aber auch die gute Zusammenarbeit zwischen Betreiber und Ausrüster.

Neben der Automation Design Suite von Yokogawa stellte der Deuschland-Chef von Yokogawa daher mehrere Tools und Projekte vor, wie sich mithilfe von innovativen Ideen eine Anlage optimieren lässt, etwa mit einer modellprädiktiven Regelung, Big Data oder statistischen Verfahren. Mit letzteren gelang es beispielsweise in einem Polymeratisionsprozess bereits fünf Stunden vor einer kritischen Situation einzugreifen, statt – wie früher – die wesentlichen Informationen erst wenige Minuten vor dem Shutdown wegen überhöhter Temperaturen zu bekommen.

Ein weiteres Beispiel kommt aus der Wartung: Hier wurde Augmented Reality in einem produzierenden Unternehmen im Industriepark Höchst mit großem Erfolg erprobt. Dem Wartungspersonal wurden auf Tablets und auf dem Monitor ergänzende, nutzbringenden Informationen in die Wartungs-Software eingespielt. Helget betonte in seinem Vortrag, dass man nicht immer vollständige virtuelle Lösungen benötigt, sondern bereits mit wenig Aufwand einen großen Nutzen erzielen kann.

Yokogawas Vice President Satoru Kurosu ergänzte die Ideen und betonte den zunehmenden Stellenwert von Services im Portfolio des Automatisierungskonzerns. All dies sei jedoch nicht denkbar ohne ein hohes Maß an IT-Sicherheit. Hier sieht sich Yokogawa nicht zuletzt aufgrund seiner vielen Projekte mit Shell und Cisco in einer Vorreiterrolle.

Wie es weiterging am ersten Tag in Bad Neuenahr, u.a. mit den Herausforderungen bei der Plant Performance, lesen Sie auf der nächsten Seite.

Herausforderungen bei Plant Performance

Eine der größten Herausforderungen in der Prozessindustrie stellt derzeitig die Dynamik des Marktbedarfs dar. Flexibilität der Anlagen und Einführungszeiten neuer Produkte werden zu Treibern der Verbesserung und Optimierung von Wertschöpfungsketten. Eine wesentliche Anforderung, die sich daraus ergibt, ist es, die Produktionsanlagen bestmöglich zu betreiben.

Für Dr.-Ing. Udo Enste von LeiKon setzt sich die Performance dabei aus einer Kombination von unterschiedlichen Aspekten zusammen. Einzelne Aspekte sind etwa die Steigerung der Prozessstabilität und der Robustheit, die Verbesserung der Produktqualität und des Durchsatzes, Zunahme der Anlagenverfügbarkeit, Steigerung der Energie- und Materialeffizienz sowie die Flexibilität der Produktion, angepasst an den aktuellem Marktbedarf und an aktuelle Energie- und Rohstoffpreise. Zur umfassenden Bewertung der Plant Performance müssen Bewertungskriterien und Maßzahlen ermittelt werden.

Doch diese KPIs (Key Performance Indices) zu definieren und bewerten, ist in der Praxis häufig schwieriger als gedacht. Da sich üblicherweise nicht alle Ziele gemeinsam optimieren lassen, greift man auf Gütefunktionals zurück. Ein Gütefunktional kann mathematisch beschrieben werden, oft wird das Gütefunktional aber auch implizit, basierend auf Erfahrungswerten oder durch die Reduktion auf eine oder wenige Zielgrößen in den Köpfen der Entscheider gebildet.

„Erschwerend kommt hinzu, dass dieses Gütefunktional dynamisch ist und dass zuweilen Standortleiter und Anlagenbetreiber unterschiedliche Zielvorstellungen haben“, weiß Enste aus eigener Erfahrung zu berichten. Dabei gibt es durchaus mittlerweile viele Konzepte, um Kennzahlen gut darzustellen und der Nutzen solcher KPIs ist vielfach nachgewiesen.

Doch die Herausforderungen liegen woanders. „Es hört sich einfach an, aber oft fehlen die Informationen, oder es gibt Datenausreißer und Datenlücken“, nennt Enste ein Beispiel. Auch Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung sowie Wirkungsverkopplungen sind längst nicht so eindeutig wie gewünscht. Aus seiner Erfahrung hat sich bewährt, dass man eine Referenz-KPI hinzu zieht. Hier stehen zwei Varianten zu Verfügung, der Bezug auf die Vergangenheit oder auf ein theoretisches Optimum. Wobei sich erstere Variante, wenn Menschen im Spiel sind, besser eignet.

Eine weitere Herausforderung: Noch sind Informationen in Online-Systemen heute Datenpunkt orientiert abgelegt, der Schlüssel zur effektiven Analyse und der Optimierung der Plant Performance liegt jedoch in Informationsmodellen. Hier fehlen Modelle für kontext-basierte Online-Auswertungen. Als Gegenbeispiel nannte er das Forschungsprojekt More. Mehr dazu in unserem Beitrag:

Remote Operation – notwendige Evolution für die Produktion von morgen

Über die Notwendigkeit von Remote Operation berichteten BASF-Mitarbeiter Michael Krauss und John Hofland von Shell im niederländischen Groningen. „Remote IO handelt nicht von längeren Kabeln und auch nicht von reinen Fixkosteneinsparungen“, machte Krauss gleich zu Anfang deutlich. Vielmehr soll die Anlage einfach und sicher zu betreiben sein, zuverlässig, flexibel und kosteneffizient arbeiten – und dies unter optimalem Energie- und Rohstoffeinsatz. Damit unterscheidet sie sich eigentlich nicht sehr von einer klassischen Anlage. Und auch hier muss nicht alles auf einen Schlag gehen, sondern vielleicht steht am Anfang nur ein reduzierter Bedienaufwand. „Später lassen sich Schichtmodelle optimieren und erst am Schluss ist das Projekt soweit fortgeschritten, dass auf die Nachtschicht verzichtet werden kann“.

Wie so etwas aussehen kann, stellte John Hofland, Shell, anhand des Gasfeldes in Groningen vor. Dieses wurde 1959 entdeckt und besteht aus 29 Produktionsclustern, die heute quasi von nur zwei Personen bedient werden. Die Beweggründe für diese Automatisierung waren einerseits die Minimierung von manuellen Eingriffen, andererseits die Reduzierung von Emissionen bei zeitgleicher Erhöhung der Sicherheit und einer verbesserten Bedienführung.

Die Vorteile sind bestechend: Heute arbeiten die einzelnen Cluster in der Regel unbemannt, alle Routinearbeiten sind automatisiert, die Instandhaltung kann geplant werden. Dadurch wurden ungeplante Stillstände eliminiert oder doch zumindest auf ein Minimum reduziert. Die hohe Verfügbarkeit erlaubt einen kontinuierlichen Prozess, gleichzeitig ist die Effizienz gestiegen. Darüber hinaus kann man in kürzester Zeit auf Anforderungen seitens der Kunden reagieren.

Shell-Automatisierungsexperte Hofland ist überzeugt, dass Remote und ein automatisierter Betrieb notwendig ist, um zukünftige Aufgaben zu lösen. Dabei betont er die Notwendigkeit, die Firmenkultur zu verändern. Sein Tipp: Zuerst die Person zu überzeugen, die die höchste Skepsis zeigt.

Und mit noch einem Vorurteil räumt er auf. Ein unbemannter Betrieb benötigt nur neue Lösungen, nicht unbedingt neue Produkte oder neue Technologien.

Eine rasante Entwicklung findet im Bereich der Sensoren und Kommunikationstechniken statt. Mehr von der Namur-Hauptsitzung auf der nächsten Seite ...

Die Automatisierungswelt öffnen mit Namur Open Architecture

Die durch die „klassische Namur-Pyramide“ beschriebene Automatisierungsstruktur ist bewährt und allgemein anerkannt sowie hoch verfügbar und ermöglicht langjährige Betriebssicherheit. Allerdings fehlt den Systemen die Offenheit, neue Technologien werden erst spät verwendet und die Kosten sind hoch.

„Mit der Automatisierungspyramide leben wir schon sehr lange und sehr gut, aber sie hat sicher auch Nachteile, z.B. es ist kein offenes System“, so Namur-Vorstandsmitglied Dr. Thomas Tauchnitz, Sanofi Deutschland, in seinem Vortrag zu NOA – Namur Open Architecture. Für neuere Projekte suche man sich in der Regel Nebenwege, die am eigentlichen System vorbei geschleust werden. Und in der klassischen Automatisierungspyramide kann man eben nicht mal schnell etwas ausprobieren, einfach weil die Kosten so hoch sind.

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Außerhalb dieser Automatisierungswelt findet eine rasante Entwicklung im Bereich der Sensoren und Kommunikationstechniken statt – es seien nur Internet of Things, Industrie 4.0, Mobile Devices und Big Data genannt. Die Frage sei also, wie man den Bremsschuh der klassischen Automatisierung wegnehmen könne, ohne die Sicherheit und Zuverlässigkeit zu vernachlässigen? Dabei betonte Tauchnitz, dass es hier nicht um ein Ersetzen der Automatisierungspyramide gehe, sondern ergänzenden Lösungen gefragt seien. „Wie kann man die bestehenden Automatisierungsstrukturen so öffnen und ergänzen, dass diese Innovationen nutzbar werden, ohne die Vorteile der bisherigen Automatisierung zu verlieren?“

Diese Frage wurde nun durch den Namur-Arbeitskreis 2.8 „Automatisierungsnetzwerke und -dienste“ durch Entwicklung von NOA beantwortet, die BASF-Mitarbeiter Christian Klettner vorstellte. NOA soll Räume schaffen, um flexibel, offen und wirtschaftlich agieren zu können.

„Die Kernautomatisierung wird nicht angetastet“

Dabei sind die Vorgaben nicht ganz so streng, wie man es von der Automatisierungspyramide gewohnt ist. Im Wesentlichen unterscheidet NOA zwischen der Kern-Automatisierung und einer offenen Systemwelt für Monitoring- und Optimierungsaufgaben. „Um es deutlich zu sagen: die Kernautomatisierung wird nicht angetastet“, so Klettner. Mit anderen Worten: Es dürfen zwar Informationen aus dem Kern heraus gehen, aber nur nach Plausibilitätsprüfung wieder über einen „Verification of Request“ zurückgespielt werden.

Die Daten der bisherigen Kern-Automatisierungswelt werden durch offene Schnittstellen wie OPC-UA in die Systemwelt für Monitoring- und Optimierungsaufgaben exportiert. Wo erforderlich, können sie aber auch durch einen zweiten Kommunikationskanal direkt an den bestehenden Feldgeräten abgeholt werden. Zusätzliche Sensoren im Bereich Monitoring- und Optimierung können durch NOA einfach in die offene Systemwelt integriert werden.

„Es ist kein Weltuntergang, wenn eine Optimierungssoftware für eine Pumpe nicht die gleiche Verfügbarkeit besitzt wie die Kernautomatisierung. Natürlich müssen sie zuverlässig arbeiten, aber nicht mit der gleichen Strenge“, erklärte Klettner.

Ziel von NOA – NAMUR Open Architecture ist es, die Nutzung innovativer Technologien zu ermöglichen, um die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu erhöhen. Denn schließlich geht es auch bei Industrie 4.0 immer noch darum, den Durchsatz zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.

Wie dies funktionieren kann, zeigten zwei Use Cases: Im einen Fall wurden kostengünstig zusätzliche Messungen installiert, um das Foulingverhalten an einem Wärmetauscher vorherzusagen. Diese Sensoren werden nicht für die Online-Prozessführung benötigt, so dass eine Installation in der Kern- Automatisierung unnötig aufwendig wäre. In einem zweiten Use Case wurden die mit einer Großmaschine mitgelieferten Spezialsensoren direkt mit dem Plant-Asset-Managementsystem des Maschinenlieferanten verbunden – ebenfalls ohne Integration in die Kern-Automatisierung.

Abschließend betonte Klettner, dass es keine Kompromisse bei Anlagenverfügbarkeit und Anlagensicherheit gibt. Aber es werden offene Systemschnittstellen zwischen Process-Control-Aufgaben und dem Monitoring und der Optimierung benötigt. Dabei gilt der Ansatz sowohl für neue Produktionsanlagen als auch für bestehende Produktionsanlagen – und wie immer ist Automation Security ein integraler Bestandteil.

Am Nachmittag schlossen sich zahlreiche Workshops an, über die PROCESS in einem Update zur Namur-Hauptsitzung zeitnah berichtet.

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