Digitalisierung in der Prozessindustrie Wenn der Motor sagt, wie’s ihm geht – so treibt ABB die Digitalisierung voran

Autor Gerd Kielburger

Digitalisierung und Industrie 4.0 sind auch dank der Massenmedien inzwischen in aller Munde. Die Bundeskanzlerin titulierte das Thema im Sommer gar als Schicksalsfrage für ganze Industriebranchen in Deutschland. Doch wie kommt man von Schlagworten zu Lösungen? Bei ABB reichen die Ideen vom Gesundheitsarmband für Elektromotoren über intelligentes Alarm Management bis zu Augmented-Reality-Einsätze bei Leitsystemen.

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Die erstmals zur Hannover Messe 2016 präsentierte „Smart Sensing“-Lösung von ABB erlaubt die Ferndiagnose (Remote-Condition-Monitoring) von Niederspannungs-Elektromotoren durch das „Internet of Things, Services and People“.
Die erstmals zur Hannover Messe 2016 präsentierte „Smart Sensing“-Lösung von ABB erlaubt die Ferndiagnose (Remote-Condition-Monitoring) von Niederspannungs-Elektromotoren durch das „Internet of Things, Services and People“.
(Bild: ABB)

Software drives technology: Das hört man inzwischen an jeder Ecke – beim Elektrofachhandel für die heimischen Geräte genauso wie beim international operierenden Prozessautomatisierer oder Messtechnik-Spezialisten. Die Digitalisierung und die Einführung neuer, softwarebasierter Dienste und Dienstleistungen werden bei der Weiterentwicklung der Industrie eine entscheidende Rolle spielen und in vielen Fällen – so die Prognosen – zu Umwälzungen führen. Zu den wichtigsten Triebkräften gehören neben einer höheren Verfügbarkeit von Daten, die allgegenwärtige Konnektivität zwischen Maschine und Mensch sowie das exponentielle Wachstum der Rechenleistung.

Bereits jetzt sind beispielsweise mehr als die Hälfte aller Produkte des Automatisierungskonzerns ABB softwarebasiert. An seinem Forschungs- und Entwicklungsstandort in Ladenburg bei Mannheim erhielt PROCESS Einblicke, wie man schon jetzt – und in naher Zukunft – die Anwender in den Prozessindustrien unterstützen kann bzw. will.

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Hardware wird Commodity

Seit der erstmaligen Erwähnung der vierten industriellen Revolution auf der Hannover Messe 2011 ist viel passiert. Vor allem Standardisierungs-Initiativen haben Hochkonjunktur. Ob Plattform „Industrie 4.0“, Initiativen der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech), viele Arbeitsgruppen zur Entwicklung der Grundkonzepte und Architekturmodelle für die vierte industrielle Revolution bis zur aktiven Unterstützung regionaler Initiativen wie dem Mannheimer Netzwerk Smart Production und nicht zuletzt das Industrial Internet Consortium (IIC) in den USA – wer bei dem Thema maßgeblich mitgestalten will, muss wie ABB überall dabei sein. „Die Entwicklung der Technologien für das Internet of Things, Services and People (kurz IoTSP), wie man Industrie 4.0 bei ABB nennt, ist bereits weit fortgeschritten“, weiß Dr. Jan-Henning Fabian, Leiter des ABB-Forschungszentrums in Ladenburg bei Mannheim zu berichten.

Für Fabian und sein rund 100-köpfiges Forschungs- und Entwicklungsteam ist die Digitalisierung in der Bevölkerung längst angekommen und laut einer Studie der Unternehmensberatung Price Waterhouse Coopers (PWC) sollen in Deutschland jährlich bald 3,3 % Effizienzsteigerungen, 2,6 % Kosteneinsparungen und rund 30 Milliarden Euro zusätzlicher Umsatz generiert werden. Deshalb würden sich zukünftige Entwicklungen auf neue Geschäftsmodelle und Organisationsformen fokussieren müssen, um das volle Potenzial von Industrie 4.0 auszuschöpfen. Auch deshalb gibt es bei ABB in Ladenburg längst keinen Unterschied mehr zwischen Hard- und Software-Entwicklung. „Im Gegenteil“, sagt Dr.-Ing. Martin Krüger Projektleiter bei ABB für Data Analytics, „Hardware wird immer mehr zur Commodity.“

Einer der Grundgedanken von Internet 4.0 ist es, dass alle Dinge im industriellen Umfeld miteinander vernetzt werden. Dies hat zur Folge, dass wesentlich mehr Daten generiert und potenziell zur wert­steigernden Auswertung nutzbar sein werden. Jedoch gibt es bereits heutzutage viele Daten in industriellen Betrieben, wie beispielsweise in Leit-, Produktionsplanungs- oder ERP-Systemen. Aus ABB-Sicht kann es nicht der Ansatz sein, alle diese Daten planlos miteinander zu koppeln und dadurch auf eine plötzliche wertschöpfende Einsicht zu hoffen. Vertrauen in der Kunden-Herstellerbeziehung spielt dabei eine große Rolle.

Daher verfolge man bei ABB auch den Ansatz, mit dem Kunden zusammen zuerst mögliche Pro­bleme zu identifizieren, dann zu untersuchen, ob zur Lösung der Probleme bereits genügend Daten vorliegen, um dann durch die Kopplung des Domänenwissens mit dem Analysenwissen eine wertschöpfende Lösung zu entwickeln, erklärt Krüger. Doch das Geschäft mit datenbasierten Diensten stellt Hersteller wie Anwender manchmal vor völlig neue Herausforderungen, so etwa wenn man Capex und Opex in einem SAP-System gleichermaßen verbuchen möchte.

Für diesen Ansatz gibt es bereits diverse erfolgreiche Beispiele von digitalen, daten-basierten Diensten von ABB, z.B. den Smart Sensor, das intelligente Alarm Management oder neue Bedienmöglichkeiten von Leitsystemen.

Ein Beispiel ist ein intelligenter Sensor für Niederspannungsmotoren. Mehr auf der nächsten Seite ...

Gesundheitsarmband für Elektromotoren

So haben die Entwickler bei ABB einen intelligenten Sensor für Niederspannungsmotoren entwickelt, der sehr einfach ohne Verdrahtung an beliebigen vorhandenen Motoren und selbst Kompressoren angebracht werden kann. Der Sensor misst regelmäßig wichtige Zustandsparameter wie Temperatur oder Vibration. Über eine integrierte Kommunikationsschnittstelle überträgt er die Daten drahtlos auf ein Smartphone oder Tablet, mit dem Kunden jederzeit den Zustand einzelner Motoren überprüfen können und auch benachrichtigt werden, wenn eine Anomalität erkannt wurde.

Die speziell entwickelte Datenanalyse-Software basiert auf der umfangreichen Erfahrung und dem Know-how von ABB in der Motortechnologie. Über einen Gateway können die Daten einer großen Anzahl von Motoren gesammelt, an einen Cloud-basierten, sicheren Server übertragen und dort analysiert werden. Erstmals werden dadurch die Fernüberwachung einer großen Anzahl von Niederspannungsmotoren und ein darauf basierendes Flottenmanagement möglich. Sowohl neue ABB-Motoren als auch in einer Anlage bereits installierte Motoren können – unabhängig von ihrem Alter – in die vorausschauende Instandhaltung einbezogen werden.

Das Alarmmanagement intelligenter machen

Ein Einsatzgebiet par Excellence für Industrie 4.0 ist auch das Alarmmanagement. So entstehen beim Betrieb einer einzelnen Produktionsanlage in der Prozessindustrie im Leitsystem pro Monat etwa eine Million Alarme, die von dem eingesetzten lokalen Alarmmanagementsystem interpretiert und dem Anlagenfahrer präsentiert werden, erläutert ABB-Experte Dr. Thomas Goldschmidt. Anlagenfahrer erhalten teilweise sehr viele Alarme auf einmal und müssen innerhalb kürzester Zeit den Alarm bewerten und etwaige Gegenmaßnahmen ergreifen. Die Güte des Alarmmanagements kann dabei zwischen unterschiedlichen Anlagen desselben Betreibers variieren. Auf Konzernbasis summieren sich bei weltweit 100 Standorten die Alarme schnell auf mehrere Milliarden.

Mithilfe eines Cloud-basierten Systems zur zentralen Aufnahme, Speicherung und Analyse einer großen Anzahl von Anlagen wurde in der ABB-Forschung ein zentrales, intelligentes Alarmmanagement-System entwickelt. Aus den Daten werden KPI-Berechnungen durchgeführt, die für das Benchmark zwischen Anlagen verwendet werden können und Best Practices zum Alarmmanagement identifiziert und ausgerollt werden können. Das System ermöglicht die Darstellung in einem web-basierten Dashboard für die Analyse aller Anlagen auf einen Blick. Big-Data-Analysen der Alarmhistorie, u.a. mittels „Machine Learning“, werden dabei eingesetzt, um Alarmfluten und deren Muster zu identifizieren. Die Ergebnisse der Analysen können dann im lokalen System eingespielt werden und reduzieren dort die Alarmlast auf den Anlagenfahrer. Algorithmen sei dank können so Prozessanlagen sicherer und effizienter betrieben werden.

Große Anlagen der Prozessindustrie wie Chemieanlagen, Raffinerien oder Papierfabriken werden heute durch Prozessleitsysteme gesteuert und überwacht. Alle Informationen über die Anlage und die Prozesse laufen in einer Leitwarte zusammen und werden dort auf mehreren großen Bildschirmen in vielfältiger Weise den Anlagenfahrern angezeigt, die mit diesen Informationen aus der Warte das Leitsystem bedienen. In Ausnahmefällen, z.B. bei Alarmzuständen, müssen oft zusätzliche Experten herangezogen werden, die normalerweise nicht in der Leitwarte vor Ort sind.

Die heute verfügbaren mobilen Computer wie Tablet PCs und moderne Visualisierungsgeräte wie 3D-Datenbrillen ermöglichen es jedoch, dem Experten ein virtuelles Abbild der Leitwarte an jedem beliebigen Ort mit Internetzugang zur Verfügung zu stellen, sodass er die gleiche Sicht und Bedienmöglichkeit des Leitsystems hat wie der Anlagenfahrer in der Warte und diesem unverzüglich zu Hilfe kommen kann. Ein Team um ABB-Experte Dr. Stephan Sehestedt hat diese innovative Bedienmöglichkeit mit Augmented Reality für das Leitsystem 800xA prototyphaft in der Forschung realisiert. Damit wird der reelle Arbeitsplatz in einer virtuellen Welt repliziert.

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