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IIoT-Plattform erleichtert digitale Transformation in der Prozessindustire

Digitalisierung und Interoperabilität in der Prozessindustrie
IIoT-Plattform ermöglicht digitale Transformation

Individuelle Kommunikation und die unstrukturierte Verfügbarkeit von Informationen stellen für den Betrieb von Chemieanlagen ein Risiko dar. Das Zusammenführen von Fließbildern mit den entsprechenden Asset- und Sensor-Informationen der realen Welt ist eine entscheidende Erleichterung in der täglichen Arbeit. Die IIoT-Plattform Thingworx vereinfacht die Umsetzung von Digitalisierungsinitiativen und macht das IIoT skalierbar.

Die Prozessindustrie beschäftigt sich seit Jahren mit der Integration unterschiedlicher Systeme und Daten zur Verbesserung der Transparenz und digitalen Übergabe aus der Prozessentwicklung in die Produktion. Die Unternehmen sind daran interessiert, die richtigen Daten in einer annehmbaren Geschwindigkeit bereitzustellen. Aufgrund der Datenredundanzen ergibt sich häufig die Frage: Welche Informationen sind die aktuellen und richtigen?

Eine Studie der LNS Research brachte 2018 hervor, dass nur 39 % aller Produktionsplaner in der Lage waren, Analyseinformationen ihrer Werke in der erforderlichen Zeit zu erhalten, um die angemessenen Entscheidungen zu treffen. Auch die Digitalisierung setzt auf strukturierten Daten und einheitlichen Datenmodellen auf. Das heißt: Je strukturierter und einheitlicher Daten in einem Unternehmen gehalten werden, desto einfacher ist es, die Mehrwerte der Digitalisierung zu realisieren.

Licht am Ende des Tunnels

Ein Stichwort, das in diesem Zusammenhang immer wieder fällt, ist Interoperabilität. Eigens hierfür wurde die ISO 15 926 beschrieben. Diese internationale Norm spezifiziert eine Darstellung von Informationen im Zusammenhang mit der Planung, dem Bau und dem Betrieb von verfahrenstechnischen Anlagen. Die Darstellung unterstützt die Informationsanforderungen der Prozessindustrie in allen Phasen des Lebenszyklus einer Anlage und den Austausch und die Integration von Informationen zwischen allen am Lebenszyklus der Anlage beteiligten Parteien.

Die großen Player der Industrie haben unterschiedliche Gremien gebildet, die sich in Anlehnung an diese Norm mit unterschiedlicher Ausprägung mit der Standardisierung und Datenmodellen beschäftigen. Ein Ergebnis ist die Dexpi-Initiative (Data Exchange for Process Industry). Initial war angedacht, P&ID (Piping & Instrumentation Diagram) zwischen den CAE- (Computer-Aided Engineering) Softwarelösungen basierend auf einer Standardspezifikation auszutauschen. Die beteiligten CAE-Anbieter sind hier schon weit fortgeschritten und haben sowohl Import- als auch Exportfilter erfolgreich getestet. Inhaltlich werden in diesem Standard alle relevanten Informationen zum Werk, der Produktionseinheit und den definierten Equipments inklusive aller relevanten grafischen Informationen der Verrohrung, Sensorik und Ventile und Attribute mitgeliefert.

Die IIoT-Plattform Thingworx von PTC basiert ebenfalls auf einem Datenmodell. Das Datenmodell der Dexpi lässt sich automatisiert in Thingworx importieren, sodass es möglich ist, den digitalen Zwilling auf Basis der Engineering-Daten aufzubauen. Das P&ID wird interaktiv und kann nach Anbindung an die reale Produktion die aktuellen Werte des Equipments inklusive Sensoren darstellen und zusätzliche Informationen aus anderen Systemen (ERP/Datenblätter/Internetverweise) bereitstellen bzw. per Mausklick abrufbar machen.

Digitalisierung eines Dosiermoduls

In Zusammenarbeit mit der RWTH in Aachen führt PTC das Industrial Experience Center (IXC). Hier werden gemeinsam mit Partnern und Anwendern Pilotprojekte realisiert, getestet und in Veranstaltungen vorgeführt. Dazu gehört auch die Digitalisierung eines Dosierungsmoduls. Unter Zuhilfenahme des Dexpi-Standards wurden die Informationen des P&ID aus einer CAE-Anwendung mit Thingworx ausgetauscht und der digitale Zwilling aufgebaut. Mithilfe dieses Dosierungsmoduls ist es möglich, rollenbasierte Anwendungen und die Nutzung von Standards live zu erleben. Mit dem interaktiven P&ID am Computer oder Tablet lassen sich sämtliche Daten zur Sensorik und Steuerung der Anlage bzw. umgebender Systeme abrufen.

Individuelle Apps

Der Demonstrator stellt für unterschiedliche Anforderungen individuelle Apps zur Verfügung. Die Anwendungen für Anlagenbetreiber, Servicetechniker, Schichtleiter und Vertriebsmitarbeiter bieten eine individuell einstellbare Informationsbasis und reduzieren dadurch den Aufwand durch Zugriff auf unterschiedliche Systeme. Dem Lieferanten stehen Apps zur Überwachung der Anlage bzw. ihrer Komponenten zur Verfügung, um die Einhaltung wichtiger Serviceparameter zu gewährleisten. Bei planmäßigen Wartungen und Reparaturen erhält der Servicetechniker alle notwendigen Informationen zum Equipment und Instruktionen für die Durchführung der Arbeitsschritte.

Der Anwender wiederum wird bei der Durchführung von Aufträgen entlastet, indem er Informationen zur vergangenen, aktuellen und zukünftigen Schicht bekommt. Darüber hinaus hat er die Möglichkeit, das Modul über eine benutzerfreundliche Visualisierung zu konfigurieren und zu steuern. Verschiedene Kennzahlen bieten dem Lieferanten und dem Anwender unterschiedliche Einsichten.

Intuitive Benutzeroberfläche

Der Screenshot zeigt beispielhaft die Anwendung aus der Sicht des Anlagenbetreibers. Zuerst meldet er sich an und erhält entsprechend seiner Rolle eine intuitive Benutzeroberfläche mit Zugriff zu seinen Anlagen, die er bedienen darf. Hier erfährt er bereits über Farbcodes, in welchem Zustand sich die Anlagen befinden. Nachdem er eine Anlage aus der Liste ausgewählt hat, öffnet sich das zugehörige P&ID-Fließschema. Dort hat der Anlagenbetreiber die Möglichkeit, sich mithilfe des Schemas oder der daneben dargestellten Struktur weitere Informationen anzeigen zu lassen. Das können die aktuellen und vergangenen Prozessdaten sein, bevorstehende Servicearbeiten oder hilfreiche Dokumentationen in digitaler Form. Darüber hinaus lässt sich die Anlage über diese Oberfläche steuern und kontrollieren. Oberhalb des P&ID-Fließschemas gelangt der Benutzer über einen Tab auf eine Übersichtsseite, um einen Einblick in die vergangene, aktuelle und zukünftige Schicht zu erhalten. Hier sind nicht nur die Aufträge aufgelistet, die mit dieser Anlage abgearbeitet wurden oder abgearbeitet werden müssen, es werden auch die Prozessdaten angezeigt, die beim Abarbeiten der jeweiligen Aufträge angefallen sind. Darüber hinaus liefern Kennzahlen dem Benutzer Informationen über die Einhaltung gesteckter Ziele.

PTC, Unterschleißheim


Autor: Reda Mostafa

Business Development
Director, PTC


Thingworx:   Technische Spezifikation

Im Mittelpunkt der Apps steht das Datenmodell nach der Spezifikation von Dexpi. Das P&ID-Fließschema, das die Anlage konzeptionell beschreibt, wird nach Anforderung des Benutzers automatisch in Thingworx importiert. Der Importprozess umfasst die Analyse der einzulesenden Datei. Außerdem wird die damit verbundene Grafik und Struktur, das sogenannte Thingmodel erstellt. Als Resultat erhält der Benutzer eine klickbare Grafik, die die Anlagenwerte mit der Struktur verbindet. Die sogenannten Assets, die aus der Struktur hervorgehen, lassen sich nun mit Daten, z. B. aus dem operativen Betrieb verknüpfen. Auch andere Informationen wie Anlagen, Zeichnungen, 3D-Modelle, Stücklisten (CAE) oder auftragsbezogene Informationen (ERP) können mit dem entsprechenden Asset aus der Struktur verbunden werden. Dadurch ist es möglich, Daten aus verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide über das P&ID-Fließschema und der damit verbundenen Struktur sichtbar und für den Anwender einfach zugänglich zu machen.

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