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IT-Strategien für das Plant Life Cycle Management

Prozessindustrie

IT-Strategien für das Plant Life Cycle Management

Industrieanlagen sind keine statischen Produkte. Entlang oft jahrzehntelanger Lebenszyklen werden Komponenten getauscht, Linien umgestellt, neue Technologien eingeführt. Betreiber und Anlagenbauer stehen damit gleichermaßen vor der Frage, wie sie den aktuellen Zustand der Anlage für Wartung, Instandhaltung und Audits sicher dokumentieren – nicht zuletzt, um auf Basis zutreffender Anlagendaten langfristiges Verbesserungspotenzial für Betrieb und Verfahrenstechnik zu erschließen.

Bild: Siemens

Die Prozessindustrie steht vor steigendem Wettbewerbsdruck hinsichtlich Produktivität und Qualität. Zudem sind die Unternehmen bei Bau und Betrieb von Anlagen und Linien mit strengen gesetzlichen Verpflichtungen konfrontiert: Sie müssen und wollen sicherstellen, dass von Anlage und Produkten keine Gefährdung für Mensch und Umwelt ausgeht. Dazu muss ein aktuelles Abbild der Anlage zur Verfügung stehen, um präzise Aussagen zu Anlagenverfügbarkeit und Sicherheit treffen zu können.

Doch das Lebenszyklusmanagement von Industrieanlagen stellt Betreiber und Anlagenbauer vor große Herausforderungen: Schon im Laufe der Entstehung werden Technologien und Linien weiterentwickelt, gleichzeitig können sich Markt- und Kundenanforderungen ändern. Zudem erschwert die zunehmende Komplexität von Anlagen, Abläufen und Komponenten eine langfristig verlässliche Dokumentation. Doch Unternehmen können die umfangreichen Datenmengen nicht einfach ‚abschneiden‘, wenn sie einen effizienten Betrieb etwa durch zuverlässige Trendanalysen und intelligentes Monitoring unterstützen wollen. Als Folge muss diese Komplexität verwaltet und nicht simplifiziert werden.

Komplexität bei der Anlagenplanung beherrschen

Ansatzpunkte für den Einsatz umfassender, integrierter IT-Lösungen bieten sich dabei schon bei beziehungsweise vor der Inbetriebnahme: Derzeit werden Anlagen noch vielfach in Papierform übergeben, was für den späteren Betreiber einen sehr hohen Aufwand bedeutet, um die Daten in das passende Informationssystem zu überführen und für die Betriebsführung zugänglich zu machen. Je nach Anlagengröße können für diese Aufgabe tausende Mannstunden aufgewendet werden. Entsprechend sind Unternehmen bestrebt, diesen Vorgang zu optimieren. Dazu gehört auf der einen Seite das Festlegen entsprechender Datenstrukturen, zunehmend wird aber auch durch Verträge festgelegt, dass der Anlagenbauer seine Daten beispielsweise entsprechend Regelwerken wie ISO 15926 zur Verfügung stellt.

Ein weiteres Problem beim Engineering der Anlagen betrifft gerade in Europa die so genannte ‚Aging Workforce‘: Unternehmen müssen sich gegen den Abfluss von Know-how absichern, damit Inbetriebnahme und Änderungen zuverlässig und ressourceneffizient erfolgen. So zeigte sich, dass durch das international einheitliche Umsetzen von Prozess-Schritten erhebliches Sparpotenzial realisiert werden kann: Von zwei funktionsähnlichen Anlagen erhielt nur eine die Zulassung, die zweite Anlage kostete bis zur späteren Inbetriebnahme 30 Prozent mehr, weil bei der Verfahrensgestaltung zu sehr auf die persönliche Handschrift des Ingenieurs geachtet wurde. Hier kann schon bei der Anlagenplanung durch die Gestaltung des Planungssystems gegengesteuert werden, indem beispielsweise Ausrüstung nach Einsatzart und Kosteneffizienz bewertet werden, wenn der Ingenieur vor der Entscheidung zwischen Boden- oder Packungskolonne steht.

Der Blick auf die Betriebskosten gewinnt an Bedeutung

Zu beobachten ist, dass derzeit der Druck auf Betreiberseite noch höher ist als seitens der Anlagenbauer, deutsches ‚Überengineering‘ zu vermeiden. Entsprechend versuchen die Firmen, durch rigidere Vertragsgestaltung diesem Trend entgegen zu wirken. Das gilt in zunehmendem Maße auch für den asiatischen Markt: Chinesische Unternehmen beispielsweise orientieren sich seltener am günstigsten Anbieter, sondern tragen zunehmend den günstigsten Operation Costs über die bis zu 30 Jahre dauernde Laufzeit einer Anlage Rechnung. Das betrifft Prozess-, Chemie- und Pharma-Branche gleichermaßen. Dabei spielt die eingesetzte Software nicht nur für die Planung der Anlage, sondern auch für den späteren Betrieb eine wichtige Rolle, um beispielsweise Wartungsaufgaben zu planen. Hier verspricht der Einsatz einer integrierten Lösung im Gegensatz zu Insellösungen für einzelne Teilbereiche oder Gewerke einen niedrigeren Verwaltungs- und Datenpflegeaufwand.

Gleichzeitig wird dem Betreiber erleichtert, seine Anlage gewerkeübergreifend zu fahren und so Zeit und Kosten etwa für Shutdowns und Wartungsarbeiten zu senken. So lassen sich Instandhaltungsstillstände besser planen, aber auch das passende Personal gezielt einsetzen: Wer weiß, welche Ingenieure wann mit welchen Aufgaben beschäftigt sind, kann Aufgaben wie den Tausch von Ausrüstungsgegenständen besser organisieren. Zudem lassen sich auf einer soliden Datenbasis aussagekräftige Analysen fahren, etwa um herauszufinden, welche Ausrüstung häufig ausfällt beziehungsweise die Anlage in eine ungeplante Wartung zwingt. Durch die Rückmeldung solcher Informationen an das Engineering lassen sich adäquate Maßnahmen wie den Einsatz von Ventilen, die seltener ausfallen, aber in der Anschaffung teurer sind, identifizieren und so Produktionskosten im mittleren, einstelligen Prozentbereich sparen. Zudem lassen sich dabei durch die Rückmeldung an das Front-End-Engineering Vorteile bei der Entwicklung neuer Anlagen erzielen.

Mit Veränderungen vor Ort Schritt halten

Durch ein softwaregestütztes Anlagencontrolling können sich aber auch Genehmigungsverfahren verkürzen lassen – etwa wenn ein Pharmaunternehmen nachweisen muss, dass sich durch einen Ausrüstungswechsel am Fermenter sich hinsichtlich Zusammensetzung und Qualität des Endprodukts nichts ändert und damit keine Patientengefährdung auftritt. Ein wesentlicher Schritt hin zum adäquaten Anlagenabbild stellt dabei die bidirektionale Verbindung von Engineering und Leitsystem dar: Auf der einen Seite gestattet eine entsprechende Datenbrücke dem Betreiber, Anlagenkomponenten per Software zu planen und bei Ausrüstungswechseln oder Änderungen an der Fahrweise die passende Projektierung und Parametrierung IT-gestützt zu übertragen. Andererseits lassen sich so per Freigabe-Workflow Änderungen wie eine angepasste Durchflussregelung von der Produktionsleitung quittieren, um die Konsistenz zwishen Anlage und Engineering aufrecht zu erhalten. So kann vermieden werden, dass ein Spezialist vor Ort einen Eingriff in die Runtime vornimmt, der aus Sicht der Gesamtanlageneffizienz nicht gewollt ist.

Erhöhter Kosten- und Zeitdruck macht eine Parallelisierung der Engineering-Arbeitsabläufe unabdingbar – etwa bei der Modernisierung von Anlagen. Betreiber benötigen daher die passende Unterstützung durch Software und IT-Infrastruktur, um Entwicklungs- und Wartungsprozesse disziplin- und gewerkeübergreifend steuern zu können. Bild: Siemens

Internationale Zusammenarbeit gewinnt an Bedeutung

Allerdings müssen zukunftsfähige IT-Infrakstrukturen in der Lage sein, stetig wachsenden Datenmengen oder ‚Big Data‘ performant zu beherrschen: Mittlerweile ist es durchaus üblich, Informationen im Terabyte-Bereich vorzuhalten, während ein Unternehmen vor drei bis fünf Jahren seine Datenablage noch in Gigabyte gemessen hat. Anwender sollten daher bei der Wahl der passenden Lösung auf eine Architektur achten, die langfristig das sichere und effektive Verwalten und die Analyse von Daten gestattet.

Hinzu kommen steigende Anforderungen an die Kollaborationsfähigkeit einer Software: Beim Entwurf einer Anlage entstehen riesige Datenmengen, oftmals verteilt über Entwicklungsstandorte etwa in Indien, China und Europa. Die Lösung muss daher sicherstellen, dass der Datenabgleich zuverlässig und schnell erfolgt: Auch verteilte Kompetenzteams müssen die passenden Informationen für ihre Gewerke zeitnah erhalten. Durch die Einbindung der Datenplattform in eine konsistente Systemarchitektur lassen sich weitere Vorteile erzielen – vom vereinfachten Versand von E-Mails über die Office-Umgebung über das Auslösen massenhafter Druckaufträge im Dokumentenmanagement bis zur Planung von Wartungsressourcen im Zusammenspiel mit dem Enterprise-Resource-Planning-System.

Prozessanalyse und Compliance: Unwichtige Daten gibt es nicht

Das Echtzeit-Management von Anlagendaten kommt im Betrieb noch eine weitere Bedeutung zu: Kann die Software Echtzeitdaten aus der Leittechnik auslesen, lassen sich Schlüsse für zeitsparende Wartungsstrategien ziehen und bestenfalls ungeplante Stillstände vermeiden? Als Ansatz für das Datenmanagement empfiehlt sich dabei eine stringente Kategorisierung: Kritische Messdaten die beispielsweise helfen, Gefahren für Mensch und Umwelt vorzubeugen, sollten im Sekunden- und Millisekundentakt aufgezeichnet werden. Alle anderen Daten können je nach Bedarf mit langfristigeren Messintervallen gefiltert und aufgezeichnet werden, beispielsweise um einer unsauberen Regelung durch Fouling bei Wärmetauschern und Ventilen vorzubeugen.

Dazu lässt sich anhand des Einschwingzustandes zum nächsten geeigneten Zeitpunkt ein Instandhaltungsauftrag für einen Partial Stroke Test im Leitsystem oder Distributed Control System (DCS) starten, um Fehlfunktionen und Beschädigung frühzeitig entgegen zu wirken. Auch für das Erfassen langfristiger Anlagenverbesserungen empfiehlt sich eine differenzierte Herangehensweise, um lediglich aussagekräftige Daten abzulegen: Für Standardequipment wie Ventile, Rohrleitungen oder Pumpen gibt es nur ‚den Blick nach vorne‘, neben der Überwachung etwa von Verschleiß anhand von Kavitations- und Vibrationsmessungen, ist eine Aufzeichnung nicht zwingend notwendig. Verbesserungen in Prozess- und Reaktionsschritten hingegen, etwa im Fermenter, tragen hohes Potenztial für Effizienzsteigerungen.

Unternehmen sollten hier alle drei bis fünf Jahre in den ‚Rückspiegel‘ schauen, um Prozesse besser in den Griff zu bekommen und Optimierungspotenzial zu erschließen. Entsprechend lange sollten detaillierte Daten archiviert werden, um beispielsweise ‚Grade Change‘-Prozesse in der Chemieanlage effizienter zu gestalten. Denn wenn eine Anlage statt acht Stunden nur drei Stunden ‚offspec‘ arbeitet, liegen die wirtschaftlichen Vorteile auf der Hand.

Vorsprung durch integriertes Engineering

Daher müssen Software-Lösungen, die solche Controlling- und Veränderungsprozesse durch aussagekräftige Datenanalysen unterstützen, die Frage nach der Amortisation nicht scheuen. Pauschalaussagen lassen sich hier allerdings nicht treffen, da die erzielbaren Effekte eines Systemeinsatzes von der jeweiligen Anlage abhängen. Ein Engineering-Beispiel aus jüngster Zeit zeigt etwa, dass sich durch ein umfassendes Controlling 2,5 Prozent der Entwicklungskosten einsparen ließen, entsprechend sanken Projektdauer und Engineeringkosten. Entscheidender für den deutschen Anlagenbetreiber waren aber Einsparungen durch die Erleichterung von Validierungs- und Qualifizierungswegen, denn entsprechend früher gehen die Anlagen an den Start.

Durch entsprechenden IT-Einsatz konnte beispielsweise Foster Wheeler 30-35 Prozent an Zeit und Engineering-Kosten sparen. Multipliziert man solche Summen mit jährlich 15-20 Projekten, betragen die Amortisationszeiträume ein Jahr und weniger. Zudem können Engineering- und Schulungsaufwände sinken, wenn ein Unternehmen durch IT-gestütztes Wissenmanagement seine Anlagen nach einem international einheitlichen ‚Best Practice‘-Prinzip errichtet und betreiben lässt. Der größte Gewinn bleibt aber der Zeitfaktor: Wer Produkte effizienter und kostengünstiger entwickelt und schneller auf den Markt bringt, und etwa durch kürzere Entwicklungs- und Validierungszeiten seine ‚time to market‘ und ‚cost to market‘ senkt, beeinflusst erfolgskritische Wettbewerbsfaktoren, um auf Dauer im internationalen Wettbewerb bestehen zu können.