Durchgängiges Datenmanage- ment für die

Bild:Siemens AG
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Begehung des virtuellen Anlagenmodells schon vor der Inbetriebnahme
Digitalisierung, Simulation und 3D-Visualisierung
Durchgängiges Datenmanagement für die Prozessindustrie
Auf dem Weg in ein digitales Industriezeitalter stellen sich die Verantwortlichen in der Prozessindustrie
viele Fragen: Worin liegen die Vorteile der Digitalisierung? Wie können Engineering-, Prozess- und Betriebsdaten gewinnbringend genutzt werden? Wie tragen diese Daten zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit bei? Erste konkrete Ansätze zur Beantwortung sehen bereits heute sehr vielversprechend aus.
D
as Thema Digitalisierung ist aktuell omnipräsent und untrennbar mit der Erzeugung, dem Austausch, der Integration, der Verwaltung und natürlich der Auswertung
von Informationen verbunden. Das gelungene Management
dieser Informationen wird allgemein als Schlüssel zum Erfolg gesehen. Zudem wird erwartet, dass das Datenaufkommen weiter
deutlich ansteigen wird, da immer mehr smarte Feldgeräte mit
Diagnosemöglichkeiten, intelligente Package Units oder auch
autonom agierende Produktionseinheiten Daten selbst erzeugen
oder darauf angewiesen sind, solche aus anderen Systemen zu
nutzen. Auf dem Weg zum digitalen Abbild einer Anlage ist der
Aufbau einer vollständig integrierten Datenlandschaft eine der
wichtigsten Voraussetzungen. Eine Lösung, die auf Grundlage
einer einzigen Datenplattform einen durchgängigen Datenfluss
über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage – von der Planung über die Inbetriebnahme und den Betrieb bis zur Modernisierung – gewährleistet, wird derzeit von Siemens für die Prozessindustrie angeboten: Die leistungsstarke Integration des
CAE-Tools Comos mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7, der
Simulationsplattform Simit und der Softwarelösung XHQ bildet
dabei die Basis für den Digitalen Zwilling einer realen Anlage.
Mit Comos Walkinside steht dem Anwender zudem eine Softwarelösung zur Verfügung, die mit hochauflösender 3D-VirtualReality-Darstellung die Engineering-Daten visualisiert und es so
ermöglicht, sich wie in einem Videospiel durch seine Anlage zu
bewegen und mit ihr zu interagieren – während diese bislang
ausschließlich als Modell verfügbar ist. Die realistische Darstellung hochkomplexer Anlagenmodelle in 3D erlaubt einen einSPS-MAGAZIN 5 | 2016
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Training und Simulation
Effektives Training der Wartungsmannschaften im Immersive Training Simulator
fachen, schnellen und intuitiven Zugriff auf relevante Projektund Anlagendaten während der Planung, des Betriebs und der
Wartung – für alle Projektbeteiligten, unabhängig von ihrer
fachlichen Zuordnung.
Datenbasis in der Planungsphase
Von den ersten Planungsschritten an fungiert Comos als globales Datenzentrum, das allen Projektbeteiligten weltweit sicheren
Zugang zu konsistenten Informationen ermöglicht. Sämtliche
Fachdisziplinen – von der ersten Auslegung der Prozesse über
die Rohrleitungsplanung und das elektro-, mess-, steuer- und
regelungstechnische Engineering bis zur Automatisierung – reichern mit ihrer Arbeit den Datenbestand zu den einzelnen Anlagenobjekten an. Die Informationen sind objektorientiert abgelegt und eindeutig beschrieben, dazu gehören Planungsdaten
ebenso wie später Maschinendokumentationen, Rohrleitungsund Instrumenten-Fließschemata (P&IDs), Stromlaufpläne, Automatisierungs-, Prozess- oder Wartungsinformationen. Durch
die direkte Verbindung mit dem PIA Life Cycle Portal von Siemens können Feldgerätedaten einfach und direkt in Comos importiert werden. Große Synergien lassen sich durch die Verbindung mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 über ein bidirektionales Interface erzielen. Darüber werden die EngineeringDaten nahtlos weitergegeben und u.a. Konfigurationen und
Strukturen ausgetauscht sowie ein automatisiertes Engineering
der Hard- und Software für das Leitsystem ermöglicht. Wenn
sich in der Betriebsphase Daten ändern, können diese einfach
zurück nach Comos importiert werden – so bleiben die Anlagendaten über den gesamten Lebenszyklus konsistent und aktuell. Schon während der Planungsphasen bietet die bereits genannte 3D-Visualisierungssoftware Comos Walkinside allen Projektbeteiligten einen Zugang zur gemeinsamen Informationsbasis, auch ohne CAD-Kenntnisse. Damit ist der Projektstatus bzw.
-fortschritt zu einem sehr frühen Zeitpunkt für sämtliche Fachdisziplinen einfach nachvollziehbar und es wird ein einheitliches
Verständnis geschaffen. Auch Sicherheitsaspekte können so bereits zu einem frühen Zeitpunkt umfassend berücksichtigt werden, was bei der späteren Inbetriebnahme zu Zeit- und Kostenersparnis führt.
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Nach Abschluss der Planungsphasen können die während des
Engineerings erzeugten Daten nahtlos als Grundlage für die virtuelle Inbetriebnahme der Anlage mit der Simulationsplattform
Simit weiter genutzt werden. So lässt sich die Automatisierungsfunktion simulieren und testen, lange bevor die Anlage real in
Betrieb genommen wird: Dabei werden u.a. Signale, Feldgeräteverhalten, Feldkommunikation oder Prozesse simuliert. Das
führt zu einem schnellen, effektiven, sicheren und reibungslosen
Hochfahren der Anlage. Denn werden Fehler im Engineering
der Anlagenautomatisierung erst bei der Inbetriebnahme bemerkt, können Fehlerursache und -behebung zu einem unkalkulierbaren Kostenrisiko werden. Das in Simit integrierte Operator Training System ermöglicht zudem eine effiziente Schulung der Bedienmannschaften im Kontrollraum. Digitalisierung
und Simulation werden auch die Ausbildung von Bedien- und
Wartungsmannschaften in der Anlage selbst entscheidend verändern. Aufgrund wirklichkeitsgetreuer Abbildung der Anlage
im 3D-VR-Modell kann das Personal bereits vor der Inbetriebsetzung effektiv und nachhaltig trainiert werden. Durch die
wirklichkeitsgetreue Abbildung selbst komplexer Anlagen lassen
sich die Trainings vollkommen individuell für Einzel- oder Gruppenschulungen gestalten. Dabei sind neben Standardarbeitsabläufen auch spezielle Szenarien unter Gesundheits-, Sicherheitsund Umweltaspekten mit simulierten Störfällen wie Bränden
oder Gasleckagen in der Anlage möglich. Die Simulation solcher
realer Szenarien über den Comos Walkinside Immersive Training
Simulator (ITS) verbessert nicht nur standardmäßige Wartungsarbeiten, sondern erhöht auch die Personal- und Anlagensicherheit. Wertvoll wird auch die Kombination des ITS mit dem Simit
Operator Training System (OTS) für das gemeinschaftliche Training von Wartungspersonal und den Operatoren im Kontrollraum. Die Schulungsteilnehmer können ihren Avatar einfach
über Tastatur und Maus oder mittels optionaler 3D-Datenbrille
und Spielkonsolencontroller durch das Modell bewegen und
Aktionen durchführen.
Verbesserungen im laufenden Betrieb
Zum ganzheitlichen digitalen Lifecycle-Management einer Anlage gehört der nahtlose Übergang von der Planungs- in die Betriebswelt: Das im Engineering erzeugte Datenmodell wird bei
Übergabe der Anlage an den Betreiber im ‘as built’-Zustand
übergeben und bildet die Grundlage für die im laufenden Betrieb erforderlichen Aus- und Umbauten, Reparaturen sowie
Modernisierungsarbeiten. Ein konsistentes und aktuell gepflegtes Datenmodell stellt dabei für alle Beteiligten zu jeder Zeit aktuelle ‘as is’-Daten der Anlage zur Verfügung. Mit Comos ist die
exakte Planung, Durchführung und Analyse aller Wartungs- und
Instandhaltungstätigkeiten in einem System möglich. Es beinhaltet auch die nahtlose Einbindung von Daten und Dokumenten auf bzw. mit Mobilgeräten, die die Wartungsteams im Feld
einsetzen. Die sich während des laufenden Betriebs permanent
ändernden Daten können durch die einzigartige, bidirektionale
Integration von Comos und dem Prozessleitsystem Simatic PCS
7 aus dem Feld zurück in die globale Datenbasis übertragen
werden. Die Informationen können dann z.B. zur Ableitung von
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Comos Walkinside: Visualisierung von Engineering-Daten in hochauflösender 3D-Virtual-Reality-Darstellung
Bild: Siemens AG
vorausschauenden Instandhaltungsmaßnahmen oder anderen Verbesserungsmaßnahmen genutzt werden. Die Anlagendaten und
die Dokumentation bleiben up-to-date (Stichwort: Digitaler Zwilling) und bilden die Basis für eine fortschrittlichere Entscheidungsfindung. Mit einer skalierbaren Architektur ermöglicht es Simatic
PCS 7, den vollständigen Produktionsprozess zuverlässig von Anfang bis Ende zu automatisieren. Durch die Option, Updates und
Erweiterungen unterbrechungsfrei im laufenden Betrieb vorzunehmen, lässt sich die operative Performance steigern und gleichzeitig
sind schnelle Reaktionen auf sich ändernde Anforderungen möglich. Die Simatic PCS 7 Maintenance Station und das integrierte
Feldgerätemanagement machen die Diagnose und Wartung des
Automatisierungssystems effizienter. Gleichzeitig sorgen leistungsstarke Controller für ein extrem hohes Level an Zuverlässigkeit und
Verfügbarkeit. Auch mit datenbasierten Services wie Control Performance Analytics, die Prozess-und Zustandsdaten von Regelkreisen analysieren, lassen sich aus den Ergebnissen konkrete Verbesserungsmaßnahmen ableiten, um damit die Qualität und Leistung
der Produktion zu steigern. Die XHQ Operations Intelligence Plattform aggregiert Betriebs- und Geschäftsdaten aus unterschiedlichen Systemen, setzt sie zueinander in Beziehung, bereitet die
KPIs und Analysen praktisch in Echtzeit auf und stellt sie in übersichtlichen Dashboards zur Verfügung. Dazu gehören Leistungskennzahlen (KPIs) wie Anlagennutzung, Verfügbarkeit von Rohund Betriebsstoffen, Produktionsleistung oder Produktqualität. So
können die Verantwortlichen direkte Vergleiche zwischen dem gesamten Produktionsprozess und anderen Fertigungslinien ziehen
und den Prozess dementsprechend anpassen. Zudem lassen sich
Marktveränderungen oder Einflussfaktoren an anderen Fertigungsstandorten berücksichtigen. So können frühzeitig Risiken
abgeschätzt und eliminiert werden.
Effiziente (Fern-) Wartung und Betrieb
Comos Walkinside lässt sich als sogenanntes 3D-Asset-Portal einsetzen und erlaubt allen Beteiligten, unabhängig von ihrer Rolle oder
ihrem Standort, einen intuitiven und unmittelbaren Zugriff auf alle
Anlageninformationen. Sämtliche objektorientierten Daten lassen
sich direkt in bzw. aus dem 3D-Virtual-Reality-Abbild der Anlage aufrufen und editieren. Während der Betriebsphase unterstützt Comos
Walkinside so auch Fernwartung und -bedienung. Etwaige Probleme
lassen sich damit auch ohne den Einsatz von Experten vor Ort
schneller identifizieren und lösen. Historische- und Echtzeit-Prozessdaten wie z.B. Alarme aus dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 können ebenfalls in das VR-Modell eingebunden und visualisiert werden. Das fördert das Verständnis für Gesamtzusammenhänge. Datenanalysen in der Betriebsphase erlauben beispielsweise Rückschlüsse auf den Zustand von Pumpen, Motoren oder Umrichtern.
Aus diesen Informationen lässt sich eine Instandhaltungsstrategie
ableiten – und das ist wiederum nur durch eine vertikal durchgängige Datenintegration erreichbar. Comos Walkinside erlaubt zudem
die effiziente Vorbereitung und Ausführung von Wartungseinsätzen:
Das 3D-Abbild ist dabei erneut zentraler Zugangspunkt zu relevanten Daten und bietet eine exakte Lokalisierung des entsprechenden
Anlagenteils. Die Dokumentationen zu den ausgeführten Wartungsschritten sind zusammen mit sämtlichen Unterlagen zentral in
Comos abgelegt und somit vollständig auffindbar.
■
Autor:
Manuel Keldenich,
Produkt Marketing Manager in der Siemens-Division Process
Industries and Drives, Siemens AG
www.siemens.de/comos
Direkt zur Marktübersicht --need.de
need
www.i-need.de/?Produkt=6151
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