Die Einführung von Kennzahl-basierten Optimierungswerkzeugen in der Prozessindustrie ist mit Fallstricken verbunden. Ohne ausreichenden Rückhalt bei Geschäftsführung und Mitarbeitern können die Projekte schnell teuer werden oder bringen nach Umsetzung im Werk nicht den gewünschten Nutzen. Um diese und andere Risiken bei der Implementierung von Business Intelligence-Lösungen zu vermeiden, setzte die SpiraTec AG bei der Entwicklung eines eigenen Modells zielgerichtet Anforderungen von internationalen Normen und Praxisanwendern um.

Bild: SpiraTec AG

Neben den technischen Funktionen beeinflussen drei Hauptkriterien die Einführung eines neuen IT-Systems in der Produktion. Diese sind das Interesse von Mitarbeitern und Management am Projekt, ein möglichst angemessener Realisierungszeitraum von Planung bis Go-Live und die Praxistauglichkeit der Lösung. In Unternehmen, in denen die Punkte in der Projektplanung nicht ausreichend einbezogen wurden, zeigen sich häufig hohe Kosten, große Überschreitungen des Terminplanes und mangelhafte technische Ergebnisse. Um Risiken bei einer Einführung zu minimieren, berücksichtigte die SpiraTec eine Reihe von Parametern bereits bei der Entwicklung einer eigenen Software, die dem Performance- und Energie-Management dient. Zum einen sollte die Systemstruktur auf anerkannten Normen basieren. Dazu setzte der Systemanbieter bei seiner Anwendung die ISO 22400 ‚KPIs for Manufacturing Operations Management‘ um, die ISA 95 ‚Models of Manufacturing Operations Management‘ sowie die ISO 50001 ‚Aufbau und Betrieb eines betrieblichen Energiemanagementsystems‘.

Zusätzlich sollte die Anwendung auf einem etablierten System basieren, das in potenziellen Anwenderbetrieben bereits vorhanden, oder einfach und schnell einzuführen ist. Dieses System sollte auch performante Schnittstellen zu weiteren Systemen bieten. Aufgebaut wurde die Lösung schließlich als Applikationen auf dem Data Management-System OSIsoft PI. Drittens sollte sich Handhabung und Erweiterbarkeit des Systems an den lokalen Anforderungen der Anwender orientieren, um zu technisch überzeugenden Ergebnissen nach der Systemimplementierung zu gelangen. Dafür wurden Templates für verschiedene Unternehmensstrukturen entwickelt, ein KPI Repository, vorkonfigurierte Aktions- und Kalkulationsbausteine und Dashboards. Mit dieser Systemausführung will der Anbieter die Verständlichkeit der Lösung sichern und das damit verbundene Interesse der Anwender, sowie die Möglichkeit der praktischen Anwendung und schnellen Erweiterungs- und Anpassungsfähigkeit des Systems bieten.

Infrastruktur für Echtzeitdaten

Das Basiselement OSIsoft PI bildet die Infrastruktur für ermittelte Echtzeitdaten. Die Aufgabe dieses Systems ist es, Daten und Ereignisse in Echtzeit zu erfassen, zu analysieren, auszuwerten und daraus Informationen zu generieren. Diese werden verschiedenen Anwendern und Systemen im Unternehmen zur Verfügung gestellt. Das System ist hochverfügbar, skalierbar, performant ausgelegt und bietet die Basis für viele Applikationen. Es wird erfolgreich in den Bereichen der Prozessindustrie, Energieerzeugung und Versorgungsindustrie eingesetzt, sowie in der Gebäudetechnik und in Datenzentren. Neben einem OSIsoft PI-Server und dem Hauptmodul für das Design der Strukturen (PI Asset Framework – AF) werden verschiedene Module für die notwendigen Berechnungen, Funktionen und Visualisierungen angewendet. Das betrifft insbesondere PI Process Book, PI Event Frames und PI Analytics. Die Normen ISA 95 und ISO 22400 beschreiben die Struktur der Parameter, die zum Einsatz kommenden Schlüsselindikatoren inklusive ihrer Wirkmodelle sowie die Einzelattribute und zugrunde liegende Berechnungsszenarien und Semantik für alle KPIs. Die betrachteten Modelle und Einzelwerte werden durch Vorgaben der ISO 50001 Energiemanagementsysteme erweitert.

Grundfunktionen des Systems

Die gemäß ISO 22400 definierten KPIs wurden vom Systemanbieter erweitert und ergänzt und in Form einer Wertesammlung oder Repository als Templates zur Verfügung gestellt. Hierbei definiert das System folgende Kriterien:

• Die Unternehmensstruktur im Framework Tool (PI AF) spiegelt die tatsächlichen hierarchischen Strukturen in einem Produktionsbetrieb der Prozessindustrie wieder.
• Alle Hierarchieebenen und Einzelindikatoren stehen als Templates zur Erweiterung und Anpassung des Systems zur Verfügung. Durch die gekoppelte Datenbank, Microsoft SQL-Server, und deren Strukturen und Regeln wird sichergestellt, dass bei Änderungen automatisch alle Verknüpfungen und Summenfunktionen an die neue Struktur angepasst werden.
• Berechnungsfunktionen und Rahmenbedingungen für die KPIs orientieren sich an den semantischen Vorgaben der ISO 22400 und der ISO 50001. Dadurch wird eine Vergleichbarkeit von Werten über die Grenzen einzelner Produktionsbereiche oder Niederlassungen hinaus erreicht.
• Durch automatisierte Erfassungs- und Berechnungsmodelle der Indikatoren, sogenannte Event Frames, werden Anforderungen an die Datenkonsolidierung wie die Einordnung in Zeitmodelle ermöglicht.
• Die übergeordneten Visualisierungs- und Reporttemplates sind an die Attribute der anzuzeigenden Werte und die Anforderungen der Prozessindustrie angepasst.
• Anforderungen der Normen für Performance- und Energiemanagement wurden in Einzelszenarien integriert. Dazu zählen Effect Models für die Kalkulationsfunktionen der Einzelwerte der Overall Equipment Effectiveness (OEE), Spitzenlast und Belegungsgradbetrachtungen für das Energiemonitoring sowie Importmöglichkeiten aus externen Datenbanken und Handeingaben, zum Beispiel Qualitätsdaten aus der Business-IT oder Anlagenverfügbarkeit von nicht am Netzwerk angeschlossenen Anlagen.

Visualisierung und Analysewerkzeuge

Die Lösung stellt zahlreiche Applikationen zur Anzeige und Auswertung der KPIs und Energy Performance Indicators (ENPIs) über die Visualisierungs- und Reportingmodule des PI-Systems dar. Diese Ausgabetools bieten zudem interaktive Nutzerlösungen wie Drill-Down und Root Cause-Analyse sowie Drop-Down-Menüs und Linkbuttons zur Navigation. Angepasst an die Indikatorattribute und die Rahmenbedingungen in der Produktion der Prozessindustrie stehen Funktionen zur Verfügung wie Wahl von Diagrammarten, Trendanzeigen, Tabellen, Anzeige von bis zu 20 Werten in einem Dashboard mit integrierten Vergleichsfunktionen und vieles mehr. Über eine rollenbasierte Nutzeranmeldung werden Einzelanwendern beziehungsweise Nutzergruppen Wertegruppen und Anzeigemöglichkeiten freigeschaltet. Dadurch hilft das System bei der Einhaltung von Sicherheitsfunktionen und der Bereitstellung von Informationsbausteinen zu den Systembedienern.

Praktische Anwendung des Systems im Unternehmen

Der Aufbau des Systems über Templates bietet dem Nutzer die Möglichkeit, Strukturen und Funktionen ohne großes IT-Fachwissen auf seine Bedürfnisse anzupassen. Umfangreichere Einzelanpassungen an Auswerteszenarien in Einzelbetrieben können durch Fachspezialisten der SpiraTec AG in Zusammenarbeit mit den Betreibern umgesetzt werden. Die Auswahl der Inhalte und Einzelfunktionen des Systems wurden auf die Anforderungen in der Prozessindustrie abgestimmt. Dafür arbeitete der Systemanbieter während der Entwicklungsphase mit Partnern aus der Industrie zusammen, berücksichtigte die Erfahrungen aus zahlreichen Einführungsprojekten und die Ergebnisse einer Marktanalyse.

Stand der Entwicklung und Zukunftsausblick

Nach der Entwicklung des Basissystems und den ersten Erprobungsphasen in der Prozessindustrie trat das System in einen Revisionszyklus ein. Darin werden die Funktionen auf die gewonnenen Praxiserfahrungen angepasst und einzelne Szenarien und Visualisierungswerkzeuge erweitert und verbessert. Derzeit spielen folgende Analyseszenarien eine tragende Rolle:

• Golden Batch und Batch-Vergleiche
• Asset Effectiveness-Betrachtungen zur Anlagenverfügbarkeit, zu Stillstandzeiten und Produktionsdrosselungen
• Energieverbräuche und Spitzenlastbetrachtungen inklusive Überwachung
• Rollenbasierte Echtzeit-Anzeigen für essentielle Produktionseinzelwerte
• Labor-Qualitätsinterface
• Predictive Maintenance-Analyse
• Umweltdaten-Dashboard
• Grafische Displays zum Prozessverständnis über Niederlassungs- und Landesgrenzen hinweg
• Schicht, Tages- und Wochenberichte für regelmäßige Effizienzbetrachtungen in Excel via PI Data Link

Nach Abschluss der aktuellen Revisionsphase wird das System im Rahmen eines übergreifenden Beratungskonzepts für das Performance Management einem erweiterten Kreis vorgestellt. Im Anschluss werden die Funktionen und Applikationen auf weitere Systemlösungen übertragen und auf den Markt gebracht. Geplant sind derzeit die Systeme SAP MII, Aspen Tech Infoplus.21 und GE Proficy.