Tag 2 der NAMUR-Hauptsitzung 2016 Vom Feldgerät über Modularisierung bis Data Mining

Vom Heute zum Morgen. Vom Feldgeräte-Alltag über die Chancen der Modularisierung bis hin zu Data Mining. Der Spannungsbogen war auch am zweiten Tag der Namur-Hauptsitzung weit geschlagen. Deutlich spürbar auch hier: Das Modernisierungstempo, das Anwender und Betreiber in der Prozessautomatisierung gemeinsam mit der Ausrüsterindustrie eingeschlagen haben, hat signifikant zugenommen.

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Blick in den Plenarsaal der 79. NAMUR-Hauptsitzung.
Blick in den Plenarsaal der 79. NAMUR-Hauptsitzung.
(Bild: Ernhofer/PROCESS)

Tag zwei der diesjährigen Namur-Hauptsitzung adressierte zu Beginn die Themen, die den Anwendern in ihrer täglichen Arbeit unter den Nägeln brennen. Denn bei allen Konzepten, die im Augenblick unter der Stichwort Industrie 4.0 laufen, wird eines deutlich: Zunächst müssen die jetzt eingesetzten Komponenten funktionieren. Und gerade im Hinblick auf zuverlässige Feldgeräte gibt es durchaus noch Hausaufgaben zu erledigen. Darauf verwies Thomas Grein, Interessengemeinschaft Regelwerke Technik (IGR) e.V., der die Anwender diesbezüglich auf den Boden des Feldgeräte-Alltags zurückholte, indem er über seine Erfahrungen bei der Typprüfung von Feldgeräten berichtete. „Erst die sichere und zuverlässige Erfassung der Prozessparameter ermöglicht den wirtschaftlichen Betrieb einer Prozessanlage“, machte Grein mehr als deutlich.

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Bei der Typprüfung gemäß NE 95 wird getestet, ob das Gerät für die Belange der Prozessindustrie geeignet ist. Dazu gehören unter anderem EMV-Tests, die Einhaltung der Namur-Empfehlungen, Dokumentationsprüfungen oder Ex-Begutachtungen. Das Erstaunliche: Noch nicht mal jedes zweite Gerät besteht die Typprüfung auf Anhieb, obwohl diese eigentlich für die Prozessindustrie entwickelt wurden. Davon kann zwar ein Drittel nachgebessert werden, aber: Für die Betreiber bedeutet dies einen verzögerten Einsatz und auf Gerätehersteller kommen oft Mehrkosten in der Entwicklung und Dokumentation zu. Jedes 5. Gerät besteht im Übrigen die Typenprüfung überhaupt nicht.

Nicht immer sind es schwerwiegende Mängel, manchmal handelt es sich lediglich um unklare Begriffsbezeichnungen. „Was verbirgt sich hinter dem Begriff Sicherheits-Messabweichung?“, nannte Grein ein Beispiel. Wesentlich schwerwiegender sind Fehler, die zu einer geringeren Verfügbarkeit führen. So wurde bei einem Gerät ein Messbereich von 1 bis 4 bar Überdruck eingestellt. Die Diagnosefunktion meldete, dass ein Messwert von kleiner als 1 bar gleichbedeutend mit einem Gerätefehler ist. Da die Inbetriebnahme bei Normdruck erfolgt, wird die Messung erst gar nicht in Betrieb gehen können. „Nur irreversible Geräteschäden, die die Funktion als Komponente einer PLT-Sicherheitsfunktion beeinträchtigen können, dürfen zu einer Abschaltung des Gerätes führen“, weist Grein auf die logische Konsequenz hin. In diesem Beispiel führte erst der Dialog mit dem Hersteller zu einer Nachbesserung und Erweiterung des Messbereichs.

Klare Aussage der Namur: Grundlegende Anforderungen an Feldgeräte sind zeitlos gültig, dies ist bei der Neuentwicklung und Weiterentwicklung zu berücksichtigen. Der entscheidende Punkt für den Erfolg - so Grein – liegt in der engen Zusammenarbeit zwischen Geräteherstellern und Anlagenbetreibern. Nur so lassen sich die künftigen Anforderungen am Markt erfolgreich umsetzen. Dabei will sich die Namur nicht als Bremser verstanden wissen, sondern die Anforderungen, wie sie in den zahlreichen Namur-Empfehlungen niedergeschrieben stehen, sind das Fundament für einen sicheren Betrieb. Vor diesem Hintergrund wird sich der Arbeitskreis dann auch mit Themen der Zukunft beschäftigen, zum Beispiel den Umgang mit Geräten, die mit Bluetooth versehen sind, smarte Feldgeräte, der Cloud-Instandhaltung, den Themen Diagnose-Informationen und Modellstrategien in Verbindung mit Cyberphysical Sensors sowie Web-Servern und Apps.

An der Modularisierung führt kein Weg vorbei

Seit geraumer Zeit beherrscht das Thema Modularisierung die Diskussionen der Namur-Besucher. Über die neuesten Entwicklungen diskutierten in diesem Jahr – zwei Jahre nach Vorstellung des DIMA-Konzeptes – Jens Bernshausen (Invite, Namur), Axel Haller (ABB, Automation, ZVEI) und Dr. Johannes Wagner (Sartorius Stedim Systems GmbH) im Rahmen einer Podiumsdiskussion über den aktuellen Stand. Anwender Wagner betonte die Wichtigkeit der modularen Einheiten, da insbesondere Pharma- und Biotech-Projekte sehr schnell umgesetzt werden müssen. „Das Engineering lässt sich verkürzen und die Spezifizierungsphase gestaltet sich wesentlich einfacher, weil ich mich mit einem Kunden nicht mehr über jedes einzelne Ventil unterhalten muss. Zudem ist im GMP-Bereich allein die Dokumentation von vorvalidierten Modulen wesentlich leichter“, bringt Wagner die Vorteile auf den Punkt.

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Dabei ist die Umsetzung nicht immer ganz einfach, wie Hersteller Haller anmerkte. „ Als Automatisierer eröffnet die Modularisierung uns neue Märkte, aber die Technologie fordert uns natürlich auch.“ Die Lösung liegt in kleinen Schritten, beschreibt Bernshausen den Weg, der bei Invite täglich die Herausforderungen der Modultechnik spürt. Das Joint Venture von Bayer Technology Services und der Technischen Universität Dortmund beschäftigt sich seit Jahren mit modularen und flexiblen Produktionskonzepten. Seine Bilanz: „Wir können keine hundertprozentige Lösung auf einmal präsentieren, sondern dies wird Schritt für Schritt gehen. Dabei ist die Namur-MTP ein wichtiger Ansatz.“ Ein Prototyp eines solchen Module Type Package (MTP) wurde auf der diesjährigen Namur-Hauptsitzung präsentiert. Dabei zeigten sieben Hersteller (Yokogawa, ABB, Wago, Phoenix Contact, Siemens, Emerson, Pepperl+Fuchs sowie Hima und Festo), wie Module unterschiedlichster Hersteller auf einer gemeinsamen HMI arbeiten können.

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Alle Beteiligten der Podiumsdiskussion zeigten sich positiv überrascht von der schnellen Entwicklung, was nicht zuletzt daran liegt, dass die Namur und der ZVEI seit Anbeginn eng auf diesem Feld eng zusammen arbeiten. Auch wenn es noch etwas dauert, bis das Namur-MTP wirklich marktreif ist, ist dies ein wichtiges Puzzleteil auf dem Weg zur schnelleren modularen Produktion. In Zukunft werden sich die Modul-Experten überdies mit Fragen zur zustandsbasierten Prozesssteuerung/Prozessführung und mit Themen aus der Diagnose und Instandhaltung auseinander setzen.

Virtuelle Unterstützung bei Instandhaltungsaufgaben

Schon länger beschäftigen sich Betreiber mit der Frage, wie sie das Wissen der Techniker und Ingenieure besser nutzen und vor allem anderen Standorten zur Verfügung stellen können. Besonders entscheidend ist dies bei großen verteilten Unternehmen, beispielsweise bei der BASF mit weltweit mehr als 350 Produktionsstandorten. „Wie bekomme ich die Expertise, die seit über 150 Jahren in den Betrieben gesammelt wurde, in die Welt hinaus? Ein Kollege in Nanjing weiß nicht, dass sich vielleicht ein Kollege in Ludwigshafen seit 10 Jahren mit dem gleichen Problem beschäftigt“, erklärte Dr. Joachim Thiel, BASF, eine alltägliche Situation. Eine Antwort darauf will ein kürzlich eingeführtes Reliability Center geben.

Die Plattform bietet online Unterstützung, indem sie Expertenwissen in der Zustandsüberwachung von Maschinen mit modernen Methoden der Datenanalyse kombiniert. Dadurch können frühzeitig Anomalien entdeckt und unerwartete Ausfälle der Maschinen vermieden werden. „Wir sammeln die Daten von Anlagen aus allen Standorten ein und bringen sie auf ein Dashboard, um sie dort zu sammeln und darzustellen“, so Thiel weiter. In Verbindung mit verbesserten Systemen zur Datenanalyse lässt sich so lokal vorhandenes Expertenwissen an entfernte Standorte bringen. Anfängliche Herausforderungen lagen etwa darin, ob man die Informationen auch in der entsprechenden Geschwindigkeit übertragen bekommt und wie die Qualität der Informationen ist.

Schließlich dürfen die Daten nicht zu einer Fehlinterpretation führen. Natürlich müssen auch die Datenmodelle auf die Problemstellungen abgestimmt werden und zu guter Letzt: „Wir werden nie auf die Komponente Mensch verzichten können, am Ende geht es darum, die Vielzahl der Daten auf intelligente Art zu filtern und zu bewerten“, so Thiel. Die Akzeptanz des virtuellen Helfers in den Betrieben ist groß. Wurden im ersten Schritt nur Großmaschinen, wie Kompressoren, aufgenommen, sollen in Zukunft unter anderem kritische Ventile betrachtet werden oder komplexe Prozessanalysatoren.

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Ohne Data Mining kein Industrie 4.0

Informations- und Kommunikationstechnologie ermöglichen heute Lösungen, die vor einigen Jahren noch nicht möglich oder unwirtschaftlich sind. Data Mining ist ein Beispiel für eine Technologie, deren Nutzen zwar vor zehn Jahren erkannt, aber noch nicht umsetzbar war. In diesem Zusammenhang sprach Thorsten Pötter, Bayer AG, über die Herausforderungen einer intelligenten Datenanalyse und bot damit einen Ausblick auf das Thema der nächsten Namur-Hauptsitzung. Seine These: „Informationen, nicht Daten, sind das Gold des 21. Jahrhunderts.“ Denn smarte Geschäftsentscheidungen benötigen die richtigen Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort. Dabei gab er einige Denkanstöße, wo wir heute stehen. So existieren in der gesamten Produktionskette bereits heute Informationssysteme, die jede Menge Informationen liefern. Die Frage liegt nahe, ob es möglich ist, diese Datenquellen weiter zu nutzen und wenn ja, wie? Eine Idee ist die Automatisierung der Denkarbeit, was gemeinhin unter dem Dach des Manufacturing Intelligence beschrieben wird.

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Für die Vielfalt der Daten könnte es ein Global Batch Cockpit geben, mit dessen Hilfe die verschiedenen Datentöpfe angezapft werden. Darin können Vergleiche mit der Vergangenheit (Rückblick), ein Online-Monitoring (Gegenwart) oder auch eine Produktionsplanung (Zukunft) dargestellt werden. Immer im Blick sollte man dabei den Zweck einer solchen Datenanalyse haben und was man eigentlich genau mit der Datenanalyse erreichen möchte. Und nicht zuletzt ist die Darstellung der Informationen entscheidend für die Akzeptanz in der Praxis.

GE Digital ist Sponsor der NAMUR-Hauptsitzung 2017

Data Mining kann jedoch tatsächlich eine Goldgrube sein. So nannte Pötter als Beispiel ein Projekt von GE Digital, bei dem Daten von mehr als 35.000 Maschinen gesammelt und 100 Millionen Flugdaten pro Jahr verarbeitet wurden. Die Kombination von analytischen Methoden bei einem hohen Datenvolumen und die physikalische Modellierung führten zur frühzeitigen und genaueren Fehlererkennung. Dadurch ließen sich die operativen Störungen signifikant minimieren. Die Anwender von Mess- und Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie dürfen auf jeden Fall gespannt sein, wie sich diese Ansätze auf ihre Branche übertragen lassen.

Die nächste Namur-Hauptsitzung steht unter dem Titel ‚Mastering the digital transformation of the process industry‘ und wird von GE Digital gesponsert. Das Unternehmen und seine Schwestergesellschaft GE Oil & Gas haben vor wenigen Monaten mit Technip eine Absichtserklärung unterzeichnet, um gemeinsam neue digitale Lösungen für den Bau und das Design von LNG-Projekten zu finden. Die beiden Unternehmen werden zusammenarbeiten, um die Anwendungen von Predix, einer Cloud-basierten Plattform von GE, und die digitalen Lösungen in den Bereichen technische Planung, Bau, Inbetriebnahme und in den verschiedenen Betriebsabläufen für LNG-Anlagen zu erforschen.

Akzo Nobel beispielsweise nutzt die Industrial-Internet-Lösungen von GE, um die firmeneigenen Betriebsabläufe zu revolutionieren. So hat das Chemieunternehmen in einem schwedischen Werk die Kapazität um 20 Prozent gesteigert, Durchlaufzeiten verkürzt und die Rückverfolgbarkeit erhöht, um einen verbesserten Kundenservice anbieten zu können. Darüber hinaus wird auch Yara, der weltgrößte Produzent von Ammoniak, Nitraten und NPK, Digital Smart Signal - einen Bestandteil der GE-APM-Suite – nutzen, um Spitzenleistungen in der Produktion zu erzielen und die Anlagenproduktivität zu erhöhen. Yaras Produktionssparte arbeitet derzeit mit GE an der Begrenzung von Ausfallzeiten in der Produktion. Das Ferrara-Werk dient dabei als Teststandort für Verfahrensoptimierung und digitale Verbesserungen. Gelungene Applikationsbeispiele, die sicher auch auf der nächsten Hauptsitzung vertieft präsentiert werden.

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