Auf dem Weg zur „Smart Maintenance“

CT-Trendbericht: Digitalisierung der Instandhaltung

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13.04.2017 Scheitert die Industrie 4.0 an der Instandhaltung? Solange Unternehmen die Verfügbarkeit ihrer Anlagen mit Feuerwehr-Aktionen sicherstellen, lautet die Antwort eindeutig ja. Ein Migrationspfad hin zur „Smart Maintenance“ muss her.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Mit der Vision Industrie 4.0 am Horizont führt an einem Paradigmenwechsel in der Instandhaltung verfahrenstechnischer Anlagen kein Weg vorbei.
  • Im Namur-Arbeitskreis 4.1 „Instandhaltung“ wird untersucht, wie Automatisierungslösungen dazu beitragen können, die Effektivität der Instandhaltung zu steigern und die Kosten zu senken.
  • Aktuelle Initiativen wie die VDI-Richtlinie 2770, „Digitale Herstellerinformation“, neue Informations-Plattformen und technische Lösungen sollen die Digitalisierung der Instandhaltung voranbringen.

Engineer using laptop computer for maintenance in factory

Große Datenmengen sollen künftig dabei helfen, ungeplante Störungen zu vermeiden. Gleichzeitig soll ein gezieltes Wissensmanagement das Erfahrungswissen der Mitarbeiter verfügbar machen. Bild: kinwun – Fotolia

Industrial 4.0 , Augmented reality concept. Hand holding tablet with AR service , maintenance application and calling technician for check destroy part of smart machine in smart factory background

Sind die Komponenten erst einmal in der Anlage verbaut, geht es zunächst darum, diese möglichst einfach aufzufinden und die Handwerker so zu unterstützen, dass diese ihre Arbeiten möglichst effizient durchführen können. Bild: zapp2photo – Fotolia

Es ist ein Generationenkonflikt der zurzeit die Entwicklung der Instandhaltung in der Chemieindustrie prägt. Auf der einen Seite Instandhaltungsprozesse, die von erfahrenem Wartungspersonal aus dem Effeff beherrscht werden, das Technologien wie Augmented Reality und andere als überflüssigen Schnickschnack betrachtet. Auf der anderen Seite zunehmend junge Mitarbeiter, die neue Werkzeuge nutzen wollen und für die der Beruf des Instandhalters durch solche Technologien attraktiv bleibt.

Mit der Vision Industrie 4.0 am Horizont führt an einem Paradigmenwechsel in der Instandhaltung verfahrenstechnischer Anlagen kein Weg vorbei. Denn mit den cyber-physischen Produktionssystemen der Zukunft steigt nicht nur die Komplexität, sondern vor allem auch die Zahl der instandzuhaltenden Elemente in einer Anlage. Dazu kommt die Anforderung, dass die Anlagen noch in höherem Maße als heute permanent verfügbar sein müssen.

Mit „Smart Maintenance“ zur permanenten Verfügbarkeit

Dass die Vision einer Industrie 4.0 an der Instandhaltung scheitern könnte, hat die Acatech, die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, bereits vor anderthalb Jahren in einem Positionspapier beschrieben. Die Wissenschaftler des Vereins, der auch die Bundesregierung in Sachen Industrie 4.0 berät, fordern für smarte Fabriken eine ebenso smarte Instandhaltung – das Schlagwort lautet „Smart Maintenance“. „In einer auf permanente Verfügbarkeit ausgerichteten Zielversion der Industrie 4.0 schaffen allein die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Instandhaltung die Voraussetzungen, um die Smart Factory nachhaltig realisieren und erhalten zu können“, ist dort zu lesen. Große Datenmengen sollen künftig dabei helfen, ungeplante Störungen zu vermeiden. Gleichzeitig soll ein gezieltes Wissensmanagement dabei helfen, das Erfahrungswissen der Mitarbeiter verfügbar zu machen.

Der Weg dorthin hat viele Voraussetzungen: Technik und Informationstechnologie sind dabei nur zwei Aspekte, es geht um viel mehr. „Die Fragestellungen in der Instandhaltung sind in allen Chemieunternehmen dieselben: Wie kann man als interner oder als externer Dienstleister effizient Instandhaltungsleistungen erbringen?“, sagt Dr. Peter Holl, BASF, der den Namur-Arbeitskreis 4.1 „Instandhaltung“ leitet. Lediglich die Anteile der intern oder von Externen erbrachten Dienstleistungen sind von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich.

Gemeinsam mit Kollegen aus verschiedenen Chemieunternehmen beschäftigt sich der Namur-Arbeitskreis mit der Frage, wie Automatisierungslösungen dazu beitragen können, die Effektivität der Instandhaltung zu steigern und die Kosten zu senken. Künftig sollen sich Industrie-4.0-Technologien nahtlos in den Arbeitsprozess integrieren. Handwerker sollen in die Lage versetzt werden, ihre effektive Arbeitszeit weitgehend für die Instandhaltungsmaßnahmen zu nutzen, und Nebentätigkeiten wie die Protokollierung von Arbeitseinsätzen so gering wie möglich zu halten. Neben dem Einsatz von neuen Werkzeugen wie Datenhelmen, -brillen oder Tablet-Computern, geht es dabei vor allem auch um die informationstechnische Integration der Instandhaltungsprozesse über die Grenzen des Werkszauns hinweg. Denn zunehmend werden Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten arbeitsteilig zwischen eigenem Personal und externen Dienstleistern erbracht.

Dazu kommt, dass die Erstellung von Wartungsplänen mit steigendem Umfang der Dokumentation für Elemente der Anlagenausrüstung ein immer aufwendigeres Unterfangen wird. „Wir wollen extern eingekaufte Services nahtlos in unsere Systeme einbinden. Unsere Dienstleister haben in der Regel eigene hocheffiziente Systeme,  beispielsweise für die Personaleinsatzplanung oder die Auftragsabwicklung. Es kann doch nicht sein, dass im Industrie-4.0-Zeitalter Aufträge noch von Hand in die unterschiedlichen Systeme eingetippt werden“, meint Peter Holl.

Neue VDI 2770: Wartungskosten als Entscheidungskriterium

Bislang fehlt es allerdings nicht nur an geeigneten Schnittstellen zwischen den IT-Systemen, sondern auch an einheitlichen Beschreibungen für eingesetzte Services und in der Anlage genutzter Technik . Einen solchen Standard will der VDI mit der Richtlinie 2770, „Digitale Herstellerinformation“ schaffen. Das im Frühjahr 2016 begonne Projekt hat zum Ziel, Herstellerinformationen hinsichtlich von Eigenschaften, Struktur, Umfang, Inhalt und Datenformat zu normieren.

Die Anwender in der Chemie versprechen sich davon nicht nur eine einfachere Datenintegration verschiedener Instandhaltungssysteme , sondern auch höhere Effizienz beim Erstellen von Wartungsplänen. Denn bislang müssen sich Instandhaltungsplaner die Informationen zu Art und Umfang von Wartungsarbeiten einzelner Geräte mühsam aus der zum Teil sehr umfangreichen Herstellerdokumentation zusammensuchen. Kein Wunder also, wenn die Wartungskosten bei der Investitionsentscheidung meist unberücksichtigt bleiben: Diese lassen sich bislang nur unter Mühen transparent und vergleichbar machen.

Auf Transparenz zielt beispielsweise auch die von SAP entwickelte Plattform „Asset Intelligence Network“, auf der sich Kunden und Lieferanten treffen und technische Informationen vom 3D-Modell bis hin zu Wartungsinformationen bereitgestellt werden.

RFID kein Allheilmittel: automatische Identifikation von Komponenten

Sind die Komponenten erst einmal in der Anlage verbaut, geht es zunächst darum, diese möglichst effizient aufzufinden und die Handwerker so zu unterstützen, dass diese ihre Arbeiten möglichst effizient durchführen können. Das beginnt bei der eindeutigen Identifikation der zu wartenden Ausrüstungsteile: So können Verwechslungen vermieden werden, was auch im Hinblick auf die Sicherheit des Wartungspersonals und der Anlage wichtig ist: Verwechslungen können zudem dazu führen, dass der Betriebsablauf gestört wird.

Bereits vor zehn Jahren wurde dafür das „elektronische Typenschild“ diskutiert: Gemeint ist der Einsatz von Barcodes oder RFID-Lösungen. Die Namur hatte dazu bereits 2009 mit der Empfehlung NE 127 Grundlagen und typische Anwendungsgebiete sowie Planungskriterien unterschiedlicher RFID-Technologien beschrieben. Welche Inhalte ein elektronisches Typenschild tragen soll und welche Anforderungen für die lokale Datenspeicherung bestehen, wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Zwar werden heute RFID-Systeme zur Identifikation von Armaturen bei großen Anlagenstillständen, sogenannten Turnarounds, genutzt, doch eine die Ausstattung von Pumpen, Maschinen und anderer Anlagenausrüstung mit elektronischen Typenschildern findet bis heute noch nicht in der Breite statt.

Es ist eine Grundsatzentscheidung: Sollen Wartungs- und Instandhaltungsinformationen vor Ort am Gerät gespeichert werden, oder soll dazu eine zentrale Datenbank beim Betreiber oder in der Cloud genutzt werden? Beide Lösungen haben Vor- und Nachteile. Beim Chemieriesen BASF setzt man beispielsweise auf die zentrale Datenhaltung. Die Anforderung im Betrieb besteht lediglich in der sicheren Identifikation des zu wartenden Equipments. Anleitungen zur Wartung sollen künftig via Augmented Reality per Datenhelm, -brille oder Tablet-PC dem Wartungspersonal zur Verfügung gestellt werden. „Im Rahmen des Projekts BASF 4.0 sind wir derzeit dabei, die Infrastruktur für solche Anwendungen zu schaffen“, berichtet Peter Holl. So könnten künftig Mobile Geräte die Assets in der Anlage erkennen und Handwerker mit Informationen versorgen, indem diese direkt auf Instandhaltungssysteme und -datenbanken zugreifen. Doch die prinzipiellen Anforderung der Instandhaltung, ob nun elektronisch oder manuell, bleiben dieselben. Holl: „Die Verfügbarkeit des Betriebes steht im Mittelpunkt – und dazu muss die Instandhaltung einen wesentlichen Beitrag leisten.“ 1705ct929

 

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Dr. Peter Holl, BASF, leitet den Namur-AK 4.1
Instandhaltung

Interview mit Dr. Peter Holl, BASF, Namur-AK 4.1 Instandhaltung
„Der digitale Zwilling hilft Kosten zu sparen“

CT: Instandhaltung bedeutet Handarbeit vor Ort in der Anlage. Wie kann die Digitalisierung hier helfen?
Holl: Auf ganz unterschiedliche Weise. Nehmen sie nur die Zusammenarbeit zwischen Betrieb, internen und externen Dienstleistern: Dort werden jede Menge Informationen, beispielsweise in Form von Aufträgen, Arbeitsanweisungen, Protokollen und Abrechnungen ausgetauscht. Wir Betreiber kaufen Dienstleistungen ein und wollen unsere Servicepartner nahtlos einbinden. Und jeder hat seine eigenen IT-Systeme, die ein wesentliches Element der effizienten Abwicklung sind. Hier kann es doch nicht sein, dass im Industrie-4.0-Zeitalter Aufträge und Protokolle auf Papier ausgedruckt und in eigene Systeme wieder eingetippt werden. Im Namur-Arbeitskreis stellen wir uns die Frage, wie wir diese Vorgänge so vernetzen können, dass die vielen Informationen automatisch ausgetauscht werden.

CT: Wie zuversichtlich sind Sie, dass die sehr unterschiedlichen Systeme integriert werden können?
Holl: Da sind wir ziemlich zuversichtlich: Auf der letzten Namur-Hauptsitzung wurde anhand des MTP-Projekts gezeigt, wie unterschiedliche Engineeringsysteme integriert werden können. Die Werkzeuge dafür, beispielsweise die Austauschsprache XML, sind alle vorhanden. Und mit der VDI-Initiative 2770 „Digitale Herstellerinformationen“ ist auch die Standardisierung der Informationen bereits in Arbeit. Dadurch kann das Engineering in Zukunft Herstellerinformation direkt an den Instandhalter durchreichen, um beispielsweise Wartungspläne zu erstellen oder Informationen für Reparaturarbeiten abzurufen. Künftig wollen wir auf diesem Weg auch Wartungspläne bereits im Angebotsstadium von Lieferanten erhalten und die Wartungskosten bei der Investitionsentscheidung mit bewerten.

CT: Wollen die Gerätehersteller diese Vergleichbarkeit?
Holl: Für gute Hersteller ist das ein Verkaufsargument – die unterstützen das. Dazu kommt, dass auch die Hersteller einen großen Aufwand für die Dokumentation und das Drucken von Handbüchern auf Papier betreiben müssen. Wenn diese Informationen als digitaler Zwilling übertragen werden, dann spart das auch den Herstellern Geld.

CT: Für die Wartung von Anlagenkomponenten vor Ort wird seit einigen Jahren über das elektronische Typenschild diskutiert. Wie ist hier der Stand?
Holl: Die Diskussion dazu ist noch nicht abgeschlossen, die Meinungen sind widersprüchlich. Das liegt auch daran, dass die Zielsetzungen unterschiedlich sind: Dient das elektronische Typenschild lediglich der Identifikation von Komponenten im Feld oder sollen darauf auch aktiv Daten abgelegt werden? Beides hat Vor- und Nachteile. Bei der BASF verfolgen wir beispielsweise die Strategie, dass wir die zu wartenden Elemente nur identifizieren wollen, weitergehende Informationen werden zentral über das Instandhaltungssystem abgerufen.

CT: Also kein Siegeszug der RFID-Technik als elektronisches Typenschild?
Holl: RFID wird bei Turnarounds bereits eingesetzt, um den Weg von der Anlage in die Werkstatt und zurück zu verfolgen. Aber in der Breite hat sich das nicht durchgesetzt. Auch für die einfache Identifikation von Geräten gibt es andere Lösungen – so zum Beispiel Methoden der Augmented Reality.

 

Namur-Arbeitskreis 4.1 Instandhaltung:

http://www.namur.net/de/arbeitsfelder-u-projektgruppen/af-4-betrieb-und-instandhaltung/ak-41-instandhaltung.html

Acatech-Studie Smart Maintenance:

http://www.acatech.de/de/publikationen/stellungnahmen/acatech/detail/artikel/smart-maintenance-fuer-smart-factories-mit-intelligenter-instandhaltung-die-industrie-40-vorantrei.html

SAP Asset Inetelligence Network:

https://www.sap.com/germany/assetdetail/2016/01/84d2dc3f-5b7c-0010-82c7-eda71af511fa.html#

VDI Richtlinie 2770 „Digitale Herstellerinformationen“:

https://www.vdi.de/richtlinie/?tx_wmdbvdirilisearch_pi1%5Brpro_id%5D=6827&cHash=ab2d6ff0fba3eca78671a284f98e8305

Heftausgabe: April 2017
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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