Big Data in der Rohstoff-Automation Rohstoff-Automation – So behalten Sie Durchblick im Datendschungel

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AZO GmbH + Co. KG

HIMA Paul Hildebrandt GmbH

K.A. Schmersal GmbH & Co. KG

Prozessleitsysteme erzeugen über die Jahre hinweg eine enorme Menge Daten, die ein verworrenes Big-Data-Dickicht bilden, das leider nicht so leicht zu entwirren ist. Will man solche Datenmengen über klassische Listen oder ähnliche Medien auswerten, verliert man sich schnell im Datendschungel. Auch in der Rohstoff-Automation müssen daher neue Wege beschritten werden.

Wildwuchs, Hindernisse, schwere Orientierung, ein Dickicht aus undurchdringlicher Vegetation: So definieren wir einen Dschungel. Diese Attribute zeigen deutlich, warum auch bei der Datenerhebung, -aufzeichnung und -auswertung von einem regelrechten Dschungel gesprochen wird. Wer in diesem überleben will, dem muss es gelingen, aus dem Chaos und Dickicht an Informationen den richtigen Weg zu finden und sich den Gegebenheiten anzupassen. Das vermeintlich Unkontrollierbare muss unter Kontrolle gebracht werden, um das volle Potenzial aus den Daten und Informationen abrufen zu können.

Genau hier setzt das Thema Smart Data an – mit neuesten Techniken bezüglich Datenanalyse und -auswertung, so auch beim Azo-Produktionsleitsystem Kastor für die Rohstoff-Automation.

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Doch was bedeutet Datenanalyse in Bezug auf Smart Data? Im Allgemeinen geht es darum, aus Daten Erkenntnisse zu gewinnen. Dabei werden die Daten zunächst auf Relevanz geprüft, dann restrukturiert, geordnet und dargestellt, sodass das Erkennen von Zusammenhängen und Abhängigkeiten in Daten sichtbar wird. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage zur Produktionsoptimierung. Die Vorteile einer Datenanalyse durch das Kastor Data Cockpit liegen im Mehrwert bisher ungenutzter Daten, die im Betrieb der gesamten Anlagen oder anderer Anlagenkomponenten anfallen. Neue Erkenntnisse über Optimierungsmöglichkeiten, das Aufzeigen möglicher Schwachstellen oder Fehlervermeidung – die Datenanalyse schafft die Voraussetzung für ein permanentes Verbessern der Anlage und deren Komponenten.

Neue und weiterentwickelte Funktionen

• Transparenz schaffen: Die Laufzeiten von Rezepturen können analysiert und visualisiert werden, um zu erkennen, ob bei bestimmten Chargen Probleme aufgetreten sind. Diese können dann eingegrenzt werden, um auf mögliche Stillstände von Teilen der Anlage aufmerksam zu werden. Eine anschließende Fehleranalyse ermöglicht die Ursachenfindung und schafft Transparenz. Durch die Beseitigung der erkannten Probleme kann dauerhaft der Durchsatz erhöht werden.

• Qualitätssteigerung: Es werden die Ergebnisse von Millionen von Wiegungen gespeichert – daraus kann man z.B. Tendenzen ableiten, wann und wo sich Abweichungen zu den Soll-Wiegungen über die Jahre ergeben. Ein Anlagenfehler oder falsche Wartung kann hier die Ursache sein. Gezielte Anlagenwartung würde die nötige Abhilfe schaffen.

• Verfügbarkeit erhöhen: Es werden aber auch Fehler gespeichert. Das können z.B. Toleranzverletzungen oder Dosierzeitfehler sein. Diese haben alle einen kurzen Stillstand der Anlage zur Folge. Wenn man z.B. 50 % der Fehler vermeiden kann, indem man Anlagenparameter besser einstellt, lässt sich das enorme Potenzial erahnen.

Die Kastor-Nutzer decken ein breites Spektrum vom Mittelstand bis hin zu Großunternehmen ab. Daher sind sowohl lokale Installationen des Kastor Data Cockpits als auch standortübergreifende Lösungen möglich. Die Datenpräsentation erfolgt über einen Webserver. In allen Fällen ist dabei Datensicherheit das oberste Gebot. Authentifizierung, Zertifikate, gesicherte Protokolle und Übertragungskanäle sind Standard.

Seit mehr als drei Jahren arbeitet Azo intensiv an dieser Thematik. Die Technik wird schrittweise optimiert, und es werden weitere Funktionen implementiert. Das Kastor Data Cockpit ist mittlerweile bei vielen Kunden aktiv im Einsatz, das Feedback war durchweg positiv. Es werden durchgängig Funktionen optimiert, verbessert und erweitert: ein dynamischer Prozess, wie wir es als Benutzer von Mobiltelefonen kennen. Regelmäßige Updates mit neuen oder verbesserten Funktionen sind der Weg in die Zukunft.

Digitaler Zwilling und digitaler Ersatzteilkatalog

Doch nicht nur die gezielte Auswertung der gewonnen Daten aus dem laufenden Betrieb ist wichtig. Denn Anlagen oder Komponenten haben ihren ganz eigenen Lebenszyklus: von der Planung, über die Realisierung und Inbetriebnahme bis hin zur Wartung und Still­legung.

Azo bildet den Lebenszyklus einer Anlage so ab, dass die entsprechend technische Konfiguration jederzeit realitätsgetreu digital abrufbar ist. Ein digitales As-Built-Abbild von vernetzten Produkten und Anlagen bildet den Ausgangspunkt. Dieser digitale Zwilling wird stets mit der bestehenden Anlage/Komponente verglichen und angepasst. Dies bietet mehr Effizienz durch digitale Service-Workflows. Der digitale Zwilling entwickelt sich über den Lebenszyklus immer weiter: Feedback und Daten des Kunden werden aufgenommen und zurück integriert.

Auch kann der digitale Zwilling genutzt werden, um das notwendige Ersatzteil exakt zu bestimmen und Hinweise über die Wartungsanweisungen zum Einbau, Umbau oder Wartungen direkt an den Servicetechniker vor Ort weiter zu gegeben. Das spart Zeit und Geld. So steht z.B. jederzeit das passende Ersatzteil parat und kann digital ausgewählt und online bestellt werden.

Meilenstein Schüttgut-Prozesstechnik

Rohstoffprozesse neu definiert

Entlang ihres Lebenszyklus können diese Abbilder stets aktualisiert werden, wenn Veränderungen an der Anlage oder Komponenten vorgenommen wurden. Auch welche Ersatzteile genutzt werden und wie bzw. wo diese installiert werden müssen. Der digitale Zwilling stellt die digitale End-to-End-Prozesstransformation von Design über Herstellung und Betrieb bis hin zu Service und Außerbetriebnahme sicher. Daraus entstehen integrierte, kollaborative und simultan laufende Prozesse für die Systeme der Zukunft.

Die Anlage der Zukunft nutzt Künstliche Intelligenz

Die Ideen und Erkenntnisse aus Smart Data, Kastor Data Cockpit und digitalem Zwilling schaffen zusammen die notwendigen Synergien für den nächsten großen Schritt: Azo setzt auf künstliche Intelligenz. Sowohl als Nutzer, z.B. im Rahmen eines automatisierten Bestellprozesses für Zulieferteile, als auch als zukünftiger Anbieter im Bereich Rohstoffautomation und -logistik.

Das Projekt Azo Prometheus soll die Automation in Schüttgutanlagen auf ein neues Level heben. Manuelle Anpassungen bei wechselnden Rahmenbedingungen werden durch selbstlernende Verfahren und Prozesse ersetzt. Im hauseigenen Versuchszentrum für Rohstoffautomation wurde deshalb extra eine entsprechende Forschungsanlage installiert. Mithilfe der gewonnen Anlagendaten, dem digitalen Zwilling und der KI soll eine selbstlernende Schüttgutförderung umgesetzt werden. Die Anlage lernt dabei über neuronale Netze die pneumatische Förderung immer weiter zu optimieren, bestmöglich einzustellen und diesen Zustand aufrecht zu halten.

Bisher müssen für jeden Rohstoff und jede Förderstrecke die Parameter manuell eingestellt werden, wofür fachspezifisches Wissen notwendig ist. Zukünftig erkennt das Fördersystem durch eine entsprechende Sensorik selbstständig Änderungen im Förderverhalten und steuert diesen durch einen eingelernten Algorithmus entgegen. Dabei wird durch gezieltes Ansteuern der Aktuatoren (Gebläse, Dosierorgane etc.) erreicht, dass immer eine hohe Leistung bei störungsfreiem Betrieb gewährleistet ist. Bei einem Produktwechsel greift das System auf ein gewisses Vorwissen aus vergangenen Förderzyklen zurück und stellt sich damit schnell auf die neuen Gegebenheiten ein.

Exklusiv-Interview: Meilenstein Schüttgut-Prozesstechnik

„Man muss die Rohstoffe wirklich gut kennen!“

Ein Mehrwert für den Kunden besteht darin, dass er nicht zwingend auf Personal mit jahrelanger Erfahrung zurückgreifen muss, da die entsprechenden Parameter bei Rohstoff- oder Umgebungsschwankungen automatisch angepasst werden. Zum anderen kann eine physikalisch gleiche Anlage mit einer höheren Leistung betrieben werden, da der Algorithmus diese immer in einem optimalen Arbeitspunkt hält. Der Betrieb der Anlage wird daher weitaus wirtschaftlicher.

Die Zukunft wird zeigen, welche Möglichkeiten sich bewähren, um sich im Datendschungel zurecht zu finden. Aus dem Dickicht an Möglichkeiten, wird es eine Vielzahl an Chancen geben, von denen jedoch nicht jede wirtschaftlich nutzbar sein wird. Sicher ist nur: Azo ist bestmöglich für die kommenden Herausforderungen seiner Kunden vorbereitet.

Event-Tipp der Redaktion: Das effiziente Mischen, Trocknen, Dosieren und Austragen von Schüttgütern erfordert viel Erfahrung. Hier lauert mancher Fallstrick. So bereiten z.B. kleine Chargengrößen oder schwierig zu verarbeitende (z.B. luftige und leichte) Materialien beim Dosieren oft Probleme. Das Befüllen, Entleeren und Reinigen von Mischern ist in Bezug auf das Containment eine große Herausforderung. Vakuumkontakttrockner müssen richtig ausgelegt werden, und bei der Produktübergabe gilt es explosionstechnische Risiken zu berücksichtigen. Gehören diese Anforderungen zu Ihrem Betriebsalltag? Unsere Live-Webinarreihe zeigt Lösungswege auf, wie Sie Ihren Schüttgutprozess zum Laufen bringen bzw. am Laufen halten und Stillstände vermeiden.

* Der Autor arbeitet im Marketing-Team bei der Azo GmbH + Co. KG, Osterburken.

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