Digitaler Zwilling im Großanlagenbau Was der digitale Zwillling alles kann

Autor / Redakteur: Sandra DiMatteo / Anke Geipel-Kern

Der Digitale Zwilling verbindet Engineering, Betrieb und Wartung und wird so zum Schlüssel für mehr Effizienz. Bentley-Spezialistin Sandra DiMatteo gibt Tipps wie Anlagenbetreiber mit Asset Performance Management 4.0 und digitalen Zwillingen bessere Entscheidungen treffen können.

Firma zum Thema

Arbeiten mit dem Digitalen Zwilling
Arbeiten mit dem Digitalen Zwilling
(Bild: Bentley)

Digitale Zwillinge unterstützen Engineering-, Betriebs- und Wartungsabteilungen in Anlagen dabei, zusammenzuarbeiten und die Chancen von Industrie 4.0 voll auszuschöpfen. Indem gängige Fallstricke wie Datenüberlastung, mangelnde Systemintegration und -interoperabilität, inkonsistente Geschäftsprozesse und in Silos gespeicherte Daten überwunden werden, entsteht eine offene und vernetzte Datenumgebung, die nachhaltige Wettbewerbsvorteile liefern kann. Strategien für den digitalen Fortschritt, wie Asset Performance Management 4.0, werden in Kombination mit digitalen Zwillingen zu entscheidenden Strategien für operative Exzellenz.

Maximieren Sie den Wert Ihrer Anlagen

Anlagenmitarbeiter sammeln, speichern und analysieren Anlagendaten, um die Entscheidungsfindung und den Betrieb zu verbessern. Letztendlich besteht ihr Ziel darin, die Rentabilität von Anlagen zu maximieren, Produktions-, Personal- und Materialkosten zu minimieren, die Gesamtbetriebskosten für den Besitz von und die Investition in Anlagen zu reduzieren und jederzeit pünktliche und vorhersehbare Leistungen abzuliefern.

Betreiber können die Leistung der in der Produktion verwendeten physischen Anlagen über die Art und Weise, wie Personen die Geräte bedienen, über verbesserte Wartungsverfahren oder über Planung und Engineering optimieren. Dieses Konzept ist nicht neu. In einer durchschnittlichen Anlage werden pro Jahr mitunter 30 bis 50 Planungsoptimierungen, Änderungen oder Hinzufügungen durchgeführt.

Ein silobasierter Ansatz, bei dem Engineering, Betrieb und Wartung voneinander getrennt erfolgen, reicht jedoch einfach nicht mehr aus. Um heutzutage erfolgreich zu sein, braucht man einen neuen, zukunftsorientierten Ansatz, der einen Schwerpunkt auf Zusammenarbeit legt, damit ein optimaler Analgenzustand gewährleistet ist und Leistungsziele erreicht werden. Mit einer Zuverlässigkeitsstrategie können Mängel im Anlagenzustand und damit auch Leistungseinbrüche ausgeräumt werden.

Asset Performance Management

Asset Performance Management (APM) konzentriert sich darauf, Leistungsanforderungen durch Zuverlässigkeit zu erfüllen. Dabei kommt ein funktionsübergreifender Ansatz zur Anwendung, der die Anlagenziele und Kundenbedürfnisse abdeckt.

  • Zu den Kerneigenschaften eines Asset Performance Management-Systems gehören:
  • Anlagenstrategie und Risikoanalyse,
  • Zustandsbasierte oder zuverlässigkeitsorientierte Wartungsprozesse und -verfahren,
  • Eine mobile Inspektionsplattform mit Augmented Reality und Virtual Reality Funktionen,
  • Vorausschauende Analysen einschließlich statistischer Modellierung, neuronaler Netze, künstlicher Intelligenz und maschineller Lernfunktionen,
  • Optimierung des Ersatzteilbestands,
  • Verwaltung von Lebenszyklus-Informationen von Anlagen

Asset Performance Management bietet Anlagenmanagern die Möglichkeit, die Lebensdauer von Anlagen sicher und zuverlässig zu verlängern und so Investitionsausgaben zu vermeiden.

Fallstudie: Oman Gas Company

Arbeiter bei Oman Gas Company
Arbeiter bei Oman Gas Company
(Bild: Oman Gas Company)

Oman Gas Company implementierte ein digitalisiertes, automatisiertes Framework für das Asset Performance Management. Durch die Einrichtung einer vernetzten Datenumgebung und digitaler Workflows konnte das Unternehmen Ausfälle reduzieren und die Zuverlässigkeitsleistung um neun Prozent verbessern. Die Technologie ermöglichte eine Transformation des Teams und der Art und Weise, wie es Anlagen verwaltet, was zu erheblichen wirtschaftlichen Gewinnen führte.

Der Wendepunkt für das IIoT

APM 4.0 wird effektiv innerhalb eines digitalen Zwillings eingesetzt, da die IIoT-Bewegung (Industrial Internet of Things) an einem Wendepunkt angekommen ist. Die Kosten für Sensoren, Datenverbindung und Datenspeicherung betragen heute nur noch einen Bruchteil der früheren Summen. Infolgedessen wächst die Menge an Rohdaten, die Anlagen aus IIoT-Quellen generieren, exponentiell an, und viele Unternehmen können mit diesem Wachstum einfach nicht mehr mithalten. Jeder Sensor, den Sie hinzufügen, erzeugt Tausende von zusätzlichen Datenpunkten. Wenn Sie sich der Relevanz oder Genauigkeit dieser Daten nicht sicher sind, kann es daher zeitaufwendig und schwierig sein, sie sinnvoll zu nutzen, um aussagekräftige Erkenntnisse zu gewinnen und die richtigen Entscheidungen zu treffen. Für die meisten Anlagenmanager ist die Vision einer völlig autonomen Anlage noch immer ein Wunschtraum.

Industrie 4.0 kann physische Anlagen mit ihren digitalen Gegenstücken verbinden, um die Automatisierung des Anlagenbetriebs und der Wartung zu verbessern. Der Einsatz von Edge Computing zur Implementierung von künstlicher Intelligenz und automatisierten Regeln bietet eine schnelle und einfache Möglichkeit, Personal auf Probleme aufmerksam zu machen, die gelöst werden müssen. Edge Computing überwacht jedoch möglicherweise nicht alle Aspekte jeder Anlage langfristig. Um eine Anlage vollständig zu überwachen, benötigen Sie einen systematischen, nachhaltigen Ansatz zur Verfolgung des Anlagenzustands im Laufe der Zeit, der auf sichtbaren, zugänglichen und vertrauenswürdigen Engineering-Daten basiert.

Gewinnen Sie Erkenntnisse, um effektive Entscheidungen zu treffen

APM 4.0 hilft Anlagenmanagern auf unterschiedliche Weise, Erkenntnisse aus ihren Daten zu gewinnen, um die Anlagenleistung zu optimieren. Automatisierte Regeln, Berechnungen, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen sind allesamt wertvolle Methoden, die schnellere und effektivere Entscheidungen ermöglichen. Die Engineering-Informationen für jede einzelne dieser Methoden müssen jedoch vollständig, genau und verfügbar sein, damit Entscheidungen auch zum richtigen Zeitpunkt getroffen werden können. Andernfalls wird es schwieriger, die Folgen abzumildern und Ausfallzeiten und unnötige Kosten zu vermeiden, wenn Anlagen ausfallen.

Kurz gesagt: Für eine effektive Entscheidungsfindung müssen Sie immer den aktuellen Zustand der Anlage kennen und sofort informiert werden, wenn sich dieser Zustand ändert. Dieses Wissen sollte wesentliche Engineering-Informationen umfassen und klar darlegen, wie die Anlage wieder in den ursprünglichen Werks-, Inbetriebnahme- oder Auslegungszustand gebracht werden kann. Dennoch verändern sich Komponenten, Strukturen, Systeme und Betriebszustände im Laufe der Zeit aufgrund von Verschleiß, Entscheidungen des Betreibers und allgemeinen Anlagenbedingungen. Veränderungen an einer einzelnen Anlage haben Auswirkungen auf die Systeme und Prozesse im Allgemeinen. Mit vertrauenswürdigen Engineering-Daten können Anlageningenieure feststellen, warum eine Veränderung aufgetreten ist und wer oder was sie verursacht hat. Genau deshalb bilden Systeme zur Verwaltung von Lebenszyklus-Informationen von Anlagen das Rückgrat von APM 4.0.

Fallstudie: BP

Luftbild des BP-Standortes
Luftbild des BP-Standortes
(Bild: BP)

BP erstellte einen zentralen Informationsspeicher (CIS) zur Verwaltung der für den Betrieb erforderlichen Informationen einschließlich aller Dokumente, Tags, Metadaten und 3D-Modellvisualisierungen. Mithilfe einer auf Microsoft Azure basierenden Cloud-Bereitstellung der Anlagenleistungssoftware AssetWise von Bentley Systems konnte das Projektteam Engineering-Informationen nahtlos in den Betrieb integrieren und so einen sicheren, zuverlässigen und effizienteren Betrieb über die gesamte Anlagenlebensdauer hinweg unterstützen. Da Sicherheit im Mittelpunkt des gesamten Betriebs steht, stellt BP sicher, dass die Integrität der Betriebsinformationen kontinuierlich gewahrt bleibt.

Digitale Zwillinge ermöglichen die Zusammenarbeit zwischen Engineering-, Betriebs- und Wartungsabteilungen

Ein digitaler Zwilling stellt eine physische Anlage, einen Prozess oder ein System sowie die zugehörigen Engineering-Informationen digital dar, um ihre Leistung nachzuvollziehen und zu modellieren. In der Regel kann ein digitaler Zwilling kontinuierlich mit mehreren verbundenen Quellen synchronisiert werden, einschließlich Sensoren und kontinuierlicher Vermessungsdaten, um seinen Status, seinen Arbeitszustand oder seine Position nahezu in Echtzeit darzustellen. Über digitale Zwillinge können Anwender die Anlage visualisieren, ihren Status überprüfen, Analysen durchführen und Erkenntnisse gewinnen, um die Leistung der Anlage vorherzusagen und zu optimieren. So eliminieren digitale Zwillinge Datensilos und generieren Situationsbewusstsein und nutzbare Informationen.

Zudem liefert ein fortlaufend aktualisierter digitaler Zwilling nachweisbare, genaue Informationen, die für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erforderlich sind. Engineering-, Betriebs- und Wartungsteams profitieren gewaltig von der Kombination aus APM und digitalen Zwillingen. APM liefert die Strategie und Analysen, während digitale Zwillinge die Daten vereinheitlichen, Situationsbewusstsein und Einblicke bereitstellen und den zuständigen Anwendern zum richtigen Zeitpunkt nutzbare Informationen an die Hand geben.

Fallstudie: Epcor Utilities

Epcor Utilities Inc. nutzt den digitalen Zwilling von Bentley
Epcor Utilities Inc. nutzt den digitalen Zwilling von Bentley
(Bild: Epcor)

Epcor Utilities Inc. implementierte einen ISO 55000-konformen, risikobasierten Prozess für die Anlagenverwaltung, der durch die APM-Technologie von Bentley Systems unterstützt wird. Der digitale Zwilling stellt die Ergebnisse der Anlagenzustands-Indexierung dar. So konnte das Unternehmen die Folgen von Anlagenausfällen, einschließlich Kosten für Ersatzteile, Schäden an angrenzenden Anlagen, Auswirkungen auf die Sicherheit und Umweltsanierungskosten, genau nachvollziehen. Durch die Verknüpfung dieser Informationen mit Ausfallzeiten und elektrischen Lastdaten ließen sich die jährlichen Risikokosten besser vorhersagen. Das Ergebnis war eine Senkung des SAIDI-Indexwerts auf 0,833, was deutlich unter dem regulierten Schwellenwert von 1,15 Stunden/Kunde liegt.

Wer braucht einen digitalen Zwilling und warum?

Digitale Zwillinge liefern Anlagenmitarbeitern von der Werkshalle bis zur Vorstandsetage schnell die Informationen, die sie benötigen, um wichtige Entscheidungen zu treffen.

  • Globale und regionale Führungskräfte – Verwenden Sie digitale Zwillinge, um aussagekräftige Visualisierungen von Großanlagen zu erstellen, Anlagen und Flotten zu verfolgen und zu vergleichen, leistungsstarke und leistungsschwache Anlagen zu identifizieren und dann zu bestimmen, welche Faktoren ihre Leistung beeinflussen. Außerdem können Sie belegen, dass Ihre Einrichtungen unter Kontrolle und die Anlagen sicher und zuverlässig sind.
  • Anlagenverwaltung – Gewinnen Sie einheitliche Einblicke in den Anlagenzustand, um sicherzustellen, dass die Anlagenproduktion vorhersehbar, sicher und effizient verläuft. Zudem erhalten Sie genaue Informationen für Audits und Korrekturmaßnamen und können Ihrem Team eine vollständige, konsistente Ansicht der Anlagendaten zur Verfügung stellen, um die Zusammenarbeit und Problemlösung zu vereinfachen.
  • Engineering – Erkennen Sie im Handumdrehen potenzielle betriebliche Probleme, um schnelle Lösungen zu finden. Sie können sich immer darauf verlassen, dass die Daten vertrauenswürdig sind und als Grundlage für Untersuchungen, zur Fehlerbehebung und für schnelle und fundierte Entscheidungen herangezogen werden können.
  • Betrieb – Überprüfen Sie Ist-Daten und Verlaufsdaten, um zu verstehen, welche Veränderungen und technischen Entscheidungen vor Ort erfolgt sind und warum. Digitale Zwillinge helfen Bedienern, einen Überblick zu gewinnen und die Produktion zu optimieren.
  • Wartung und Zuverlässigkeit – Überwachen und verwalten Sie den Gerätezustand und erkennen Sie Trends und Störfaktoren auf einen Blick. So wissen Sie immer, welche Engineering-Veränderungen vorgenommen wurden.

Digitale Transformation durch APM und Digitale Zwillinge

APM 4.0 und digitale Zwillinge ermöglichen die digitale Transformation von Anlagen, damit Sie der Konkurrenz immer einen Schritt voraus bleiben. Alle Beteiligten von der Werkshalle bis zur Vorstandsetage benötigen Einblicke, um fundiertere Entscheidungen treffen zu können. Digitale Zwillinge stellen alle erforderlichen Systeme und Daten in einem einheitlichen Portal dar, um Bedienern genau die Informationen zu liefern, die sie brauchen, um erfolgreich zu sein.

* Die Autorin ist Global Director of Marketing for Digital Twin Solutions, Asset and Network Performance bei Bentley Systems. Sie verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung mit Digitalisierungslösungen in den Bereichen Asset Performance Management und Zuverlässigkeitssoftware, Verwaltung von Lebenszyklus-Informationen von Anlagen und EAM (Enterprise Asset Management) in einer vernetzten Datenumgebung in der Energie- und Prozessindustrie, in Versorgungsunternehmen sowie in der öffentlichen Infrastruktur. Sie ist eine Fürsprecherin und Referentin zu den Themen digitale Zwillinge, IIoT-Analytik, KI und maschinelles Lernen, BIM und Asset Management-Technologielösungen. DiMatteo gehört dem Beratungsgremium des Reliability Leadership Institute an und gründete den Ortsverband Ontario der Society of Maintenance and Reliability Professionals.

(ID:47111846)