Optimieren? Klar! – Teil 2 von 3

Optimieren? Klar! – Teil 2 von 3

9. April 2020

Übrigens, was wollen Sie machen?

Im ersten Teil dieser Serie haben wir uns damit beschäftigt zu klären, was denn in diesem Zusammenhang mit „Optimieren“ gemeint ist und ob es sich lohnt zu „Optimieren“. Ist man da auch für sich selbst zu einem positivem Ergebnis gekommen, stellt sich nun die Frage, welche Möglichkeiten es gibt. Die nachfolgende Darstellung von Möglichkeiten erhebt sicher nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, ist aber als Anreiz und Ideengeber gedacht. Auch hier soll wieder der Schwerpunkt auf der Produktion liegen, wobei das ganzheitliche Konzept über alle Bereiche zu optimieren nicht außer Acht gelassen werden darf.

Optimieren, was sind die Möglichkeiten?

Bevor die Anlage läuft

Klar ist, dass schon bei der Planung einer neuen Anlage darauf zu achten ist, diese optimal für ihren Zweck zu entwerfen. So sind der Prozess und das Design der Apparate entsprechend der Anforderungen bestmöglich zu wählen. Ebenso ist hier schon der richtige Moment, sich nicht nur Gedanken über die klassische Regelung (Prozessleitsystem) zu machen. Vielmehr auch, um  Möglichkeiten zu berücksichtigen, welche sich durch durch Softwarelösungen und IIoT ergeben. Wenn möglich, sind diese schon in der Entwurfsphase einzubeziehen.  Zum Beispiel Prozesssimulationen für Fallstudien (z.B. welcher Boden einer Kolonne ist optimal für den Zulauf) oder auch zum Testen von Regelstrategien. Bezüglich Neuanlagen wollen wir es hierbei belassen. Denn einerseits sind Neuanlagen in Deutschland eher selten und weiterhin wird oft erst nach der Inbetriebnahme einer Anlage „optimiert“. Daher setzt dieser Artikel den Schwerpunkt auf …

Anlagen im Betrieb

Bei einer einer bestehenden Anlage wollen wir uns von der Feldebene aus hoch arbeiten. Manche Punkte sind mehrfach genannt, da sie in verschiedenen Bereichen zum Tragen kommen. Die Einteilung der einzelnen Punkte auf die Ebenen und ISA95-Level sind als Anhalt gedacht. Manches mag wie selbstverständlich klingen, aber alles trägt zur „Optimierung“ bei. Einiges bedingt auch den Erfolg von anderem. Zum Beispiel wird ein APC nie sein volles Potenzial entfalten können, wenn die Regelkreise im Prozessleitsystem schlecht eingestellt sind. Und eine rigorose Online-Optimierung kann nur so gut sein wie die Daten, die sie unter anderem aus der Feldebene bekommt.

Feldebene (L1 ISA95)

  • ausreichende und so genau wie nötige Instrumentierung
  • Online-Analyse-Geräte statt Labor-Analysen, wo dies zeitlich Sinn macht (Softsensoren sind möglicherweise eine Alternative)
  • die Verwendung „intelligenter“ Instrumentierung im Rahmen von IIoT
  • Aufwand für Wartung und Instandhaltung durch neue Methoden / Sensoren minimieren
  • Analyse, Digitalisierung und Automatisierung der Betriebsanweisung (-en) und Arbeitsabläufe, Training

Prozessleitsystem / sicherheitsgerichtete Steuerung (L2 ISA95)

  • Analyse, Digitalisierung und Automatisierung der Betriebsanweisung (-en) und Arbeitsabläufe, Training
  • Loop Monitoring und Tuning
  • Alarm Management / Safety Function Management
  • „APC“, hier soll damit der Multi-variable Modell prädiktive Regler (MPC) gemeint sein.
    Seine Aufgabe ist es, die Stabilität (bezogen auf die Regelung) der Anlage zu verbessern.
    Dazu gehört auch, die Anlage bestmöglich von einem Arbeitspunkt in einen anderen zu fahren.

Operations Management / MES (L3 ISA95) bis zur ERP Ebene (L4 ISA95)

Hier hat sich über Jahre der Dreh- und Angelpunkt zwischen Produktion und Planung, Operations und Management etc. entwickelt. Man kann hier von einem ersten Anhaltspunkt sprechen. Denn hier laufen alle Daten / Informationen zusammen und werden dann wieder verteilt. Inwieweit das mit NOA / OPA und der Cloud-Nutzung so bleibt, wird die Zukunft zeigen. Generell ist aber zu erwarten, dass die Aufgaben bleiben.

Der Historian

Der klassische Historian am Prozessleitsystem hat sich zum PIMS (Prozess Information Management System) weiterentwickelt und findet häufig hier seinen Platz. Basis ist die offensichtliche Aufgabe, alle Daten zu sammeln. Denkt man an Optimierung ist es aber mehr. Daten werden nicht nur gesammelt, sondern an andere Systeme / Abteilungen zur weiteren Verwendung weitergeleitet und u.U. auch schon verknüpft und aufbereitet. Die Aufgabe des PIMS (oder eines ähnlichen Systems) ist es auch, dass Prinzip „eine Wahrheit“ sicherzustellen. Ohne dieses Prinzip wird Optimieren schwierig bis unmöglich.

Einige „Optimierungs-“ Lösungen

Rigorose Online-Optimierung (oft auch Real Time Optimierer -RTO – genannt) basieren auf rigorosen Prozesssimulationen. Mit ihnen wird eine optimale Fahrweise, üblicherweise in Form von Sollwerten, berechnet. Dies passiert online (Live-Daten von der Anlage) und wird dann entweder closed loop (die Sollwerte werden direkt in das PLS geschrieben) oder open loop (der Bediener kriegt die Werte nur angezeigt) an die Anlage zurück übertragen. Gerade hier ist oft nicht sehr eindeutig, was mit RTO gemeint ist. Manchmal geht es auch „nur“ darum, mit einem übergeordnetem System sicherzustellen, dass sich mehrere APC nicht gegenseitig „bekriegen“.

Tools zur Prozessdaten-Analyse können im einfachsten Fall Tools sein, die Daten auswerten und grafisch in Trends oder als KPIs darstellen. Schon durch ein sinnvolles Verknüpfen von Daten aus verschiedenen Quellen lassen sich hier zusätzliche Informationen generieren. Diese können für die Optimierung verwendet werden oder direkt einen Bediener beim Fahren der Anlage unterstützen. Mit Hilfe von KI (Künstlicher Intelligenz)  lassen sich die Möglichkeiten erweitern. Wo der Mensch mit der Auswertung großer Mengen von Daten überfordert ist, ja allein schon mit der Frage „Wie soll ich auswerten?“, kann KI beispielsweise durch Mustererkennung helfen, Zusammenhänge zu finden und Informationen zu generieren.

Planung und Organisation

Planungs- und Organisationstools wie beispielsweise LP Planner unterstützen die Produktionsplanung und können mit Ergebnissen aus der Online-Optimierung „gefüttert“ werden. Elektronische Schichtverwaltung sowie die  Auswertung elektronischer Schichtbücher und anderer Informationsquellen finden hier statt. Generell können auf dieser Ebene viele Arbeitsabläufe und Informationen in digitaler Form erfasst und koordiniert werden. Das gilt auch für den gesamten Bereich Wartung und Instandhaltung oder dem Labor etc.

Da auf dieser Ebene viele Abteilungen und Bereiche beteiligt sind, ist es sehr sinnvoll, sich darüber Gedanken zu machen, wer muss was wie wissen. Die Aufstellung einer Integrationsmatrix ist dafür sehr hilfreich zumal sie auch für den Bereich Security wertvolle Informationen bereitstellt.

Integrationsmatrix

Alle Ebenen (L1 bis L4 ISA95)

Wie oben bereits angesprochen, spielen abteilungsübergreifendes Denken und Handeln eine große Rolle. Es ist daher eine wichtige Aufgabe zu klären, wer was in welcher Form wissen muss. Auch wenn verschiedene Aufgaben nach verschiedenen Informationen verlangen, darf das Prinzip „eine Wahrheit“ dadurch nicht in Frage gestellt werden. Wenn beispielsweise die Planung der Instandhaltung und die Produktionsplanung von verschiedenen Informationsständen ausgehen, ist das sicher nicht optimal.

Da Datenströme sich durch alle Ebenen auf und ab bewegen, gilt es, ein Security-Konzept auch über alle Ebenen zu haben und umzusetzen. Dazu gehören neben der Erstellung von Dokumentation zu Methoden und Prozeduren auch das Design (z.B. Demilitarisierte Zonen), die technische Umsetzung sowie Training und Assessments. Es gilt: So viel Sicherheit wie nötig mit so wenig Aufwand wie möglich. Das hört sich wesentlich leichter an als es ist. Aber Security ist bei der Nutzung von Daten unumgänglich.

Zusammenfassung

Schon diese (unvollständige) Übersicht mit Schwerpunkt Produktion lässt ahnen, wie viele Möglichkeiten, gerade auch in Interaktion mit anderen Abteilungen und Bereichen zur Verfügung stehen. Daher ist eine methodische und strukturierte Herangehensweise unerlässlich. Es gilt auch das Credo „Gleich an alles denken, aber nicht gleich alles auf einmal machen.“ Gerade Letzteres führt schnell zu einer Überforderung.

Wie im vorherigen Artikel angemerkt, schaut das alles hier sehr viel nach Digitalisierung und irgendwie, zumindest in Teilen, Industrie 4.0 aus. Mit diesem Aspekt wollen wir uns ein wenig im nächsten Artikel beschäftigen. Keine Angst, wir machen das kurz und knackig und schauen einmal von „oben“ und einmal von „unten“ darauf.


Optimieren? Klar! – Teil 1 von 3

Sicherheit braucht Freunde … (Teil 1)

„Prozessdatenanalyse und Fahrautomaten als Bedienerassistenz“ – MSR-Messe-Vortrag im Video

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