Process Information Management System

Andreas Mühlbauer,

Kühl kalkuliert und heiß gebrannt

Zur Optimierung seiner Produktionsprozesse setzt RHI Magnesita ein Process Information Management System ein. Die Wahl fiel auf das PI-System von OSIsoft. Nach dem ersten Einsatz in einem einzelnen Werk wurde das System Schritt für Schritt zu einer globalen Industrie-4.0-Infrastruktur mit Predictive Maintenance und Manufacturing Analytics ausgeweitet.

RHI Magnesita, Spezialist für Feuerfestprodukte, setzt das PI-System von OSIsoft zur Optimierung ihrer Produktionsprozesse ein. © (Bild: RHI Magnesita)

Wer morgens seinen Kaffee trinkt, die ersten Nachrichten im Smartphone liest und anschließend im Auto zur Arbeit fährt, dem ist kaum bewusst, dass die Ausgangsmaterialien für diese heute unverzichtbaren Grundfesten unseres modernen Lebens bei Temperaturen höher als in einem Vulkan produziert werden: Stahl, Kupfer, Aluminium, Glas und Kunststoff, ohne die unsere Welt nicht das wäre, was sie heute ist.

Bevor aus den Ausgangsstoffen nutzbare Materialien werden, bedarf es eines hochspezialisierten Equipments, das Temperaturen bis zu 2.000 °C standhält. RHI Magnesita mit Hauptsitz in Wien und 35 global weltweiten Hauptproduktionsstandorten ist Spezialist für sogenannte Feuerfestprodukte. 14.000 Mitarbeiter sorgen dafür, dass rund 120.000 verschiedene Produkte hergestellt und an über 10.000 Kunden weltweit ausgeliefert werden. „Die Herstellung unserer Produkte ist ein hoch komplexer Prozess, bei dem unter anderem exakt gleich bleibende Brenntemperaturen und konstanter Pressdruck für die Qualität unerlässlich sind“, sagt Thomas Reiterer, Abteilungsleiter und Projektmanager R&D Process Technology.

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Von der Insellösung zur zentralen Digitalisierung
Weltweit erfasst das Unternehmen in rund 400 Produktionsmaschinen unterschiedlichster Bauart tausende Signale in Echtzeit. Gängige Fragen können sein: Sinkt der Gasverbrauch im Ofen pro Tonne Feuerfestmaterial seit der Optimierung? Stimmen die Regelparameter für die Brenner im Ofen? Wie viele Presszyklen wurden durchlaufen?

„Vor der zentralen Digitalisierung gab es dafür in den Werken Insellösungen für Maschinen oder Produktionslinien, deren Daten lokal gespeichert, manuell abgefragt und verarbeitet wurden. Ein Überblick, wo was genau passierte und wie an einzelnen Stellen die Effizienz oder Qualität zu verbessern war, war damals unmöglich“, erinnert sich Reiterer.

Datenfluss und Schnittstellen des Process Information Management Systems. © (Bild: RHI Magnesita)

Im Jahr 2006 entschied sich RHI für den Einsatz eines Process Information Management Systems, im Fachjargon „PIMS“, für die Auswertung und Nutzung seiner Prozessdaten. Konkreter Anlass war der Aufbau eines neuen Werks in der chinesischen Stadt Dalian, dessen Inbetriebnahme man von Österreich aus optimieren wollte, um nicht mehrere Expertenteams für längere Zeit dorthin entsenden zu müssen. Nach dem erfolgreichen Ersteinsatz im Werk in Hochfilzen sollte die Lösung in Dalian implementiert und später global ausgerollt werden.

Produktionsparameter verfolgt und verstanden
Als wichtigste Aufgabe des PIMS wurde definiert, Produktionsparameter wie zum Beispiel Strom- und Gasverbrauch oder auch Pressdrücke in der sehr heterogenen Maschinenlandschaft live und historisch zu verfolgen, zu analysieren und zu verstehen. Dabei sollte das System die Produktion unterstützen wie auch die kaufmännischen Entscheider. Zudem sollte es Prozessdaten vollautomatisch archivieren und Echtzeitdaten ebenso wie historische Daten zur Verfügung stellen. Die einfache Handhabung sowie die Möglichkeit zur grafischen Aufbereitung, außerdem waren Berechnungen und Auswertungen weitere Kriterien. Wichtig für den Datenaustausch war der Zugang über das globale WAN (Wide Area Network) von RHI Magnesita auf Basis von MPLS mit priorisierter Netzwerkverbindung.

Die Firma OSIsoft erfüllte mit ihrem PI-System die Ausschreibungskriterien optimal. Es ist in der Lage, die Steuerungsdaten über den in der Automatisierungstechnik eingesetzten OPC-Standard mit den SAP-Modulen, der Betriebsdatenerfassung und Auswerte-Datenbanken sowie Office-Systemen zu verbinden. Das System strukturiert die Daten so, dass Ingenieure und Manager vor Ort die gewonnenen Erkenntnisse nutzen können, um die Produktivität zu steigern oder sie in Anwendungen wie Predictive Maintenance zu nutzen, um Deep Learning und die Analyse von Maschinen zu beschleunigen.

Zentrale Elemente sind der PI-Server in Wien sowie das jeweilige PI-Interface, das an jedem Produktionsstandort installiert ist und die Prozessdaten via TCP/IP zum PI-Server nach Wien überträgt.

In einer Woche betriebsbereit
Nachdem die Lösung für erste Tests in Wien und Hochfilzen ihre Leistungsstärke bewiesen hatte, installierte der Entwicklungspartner sie gemeinsam mit dem Information-Management-Team von RHI innerhalb von nur einer Woche auch in Dalian. Als PI-Interfaces sind einfache, redundant aufgebaute Miniserver im Einsatz. Die Hot-Standby-Technik garantiert, dass beim Ausfall eines Systems sofort auf den Parallelrechner umgeschaltet wird. Das Unternehmen setzt auf eine virtuelle Serverlandschaft, die über die Jahre den gewachsenen Anforderungen angepasst wurde – der Server ist mit dem globalen Rollout mitgewachsen.

Das PI-System erfasst Daten, verbindet die einzelnen Systeme und analysiert. © (Bild: OSIsoft)

Um alle Steuerungsdaten korrekt auslesen zu können, mussten alle Maschinensteuerungen mit Angabe ihrer IP-Adressen mit dem PI-Interface verbunden und am PI-Server die sogenannten Tags für alle erdenklichen Signaldaten konfiguriert werden.

Derzeit sind rund 430 Maschinen in 26 Produktionswerken in das PIMS integriert, die rund 70.000 Datensignale senden. „Unsere Experten haben von überall aus Einsicht in die Auswertungen. Sie sehen Brenn- und Mischtemperaturen, die Mischerdrehzahl, den Pressdruck oder die Pressdauer in Echtzeit und im historischen Verlauf. Neben der Verbesserung der Energieeffizienz spart das Reisezeit und immense Kosten“, sagt Daniel Neubauer, Team Manager Business Applications R&D/Quality Management und PIMS-Applikationsverantwortlicher im Information Management Team. „Eine Besonderheit der OSIsoft-Lösung ist die intelligente Speichertechnik, dank derer selbst nach mehr als zehn Jahren Nutzung noch nicht einmal ein Terabyte Datenvolumen entstanden ist“, ergänzt Neubauer.

Die gespeicherte Historie bildet die Grundlage für Analysen, wie die einzelnen Produktionsparameter die Produktqualität beeinflussen und wie sie sich optimieren lassen. „Ein anderes Thema ist die vorbeugende Wartung. Bisher haben wir die Maschinen in festgelegten Abständen gewartet. Auf Basis der im PIMS vorhandenen Zählerstände können wir leistungsorientierte Wartung einsetzen, indem die Daten täglich an SAP übertragen werden und nun zum Beispiel alle 100.000 Presshübe eine Wartung durchgeführt wird. Damit werden die Maschinen nie zu früh oder – was noch schlimmer wäre – zu spät gewartet“, sagt Neubauer. Noch einen Schritt weiter geht RHI Magnesita mit der vorausschauenden Wartung, die aufgrund der Prozessdaten Störungen vorhersieht und meldet, bevor eine Maschine ausfällt. So kann durch rechtzeitigen Austausch eines einfachen Ersatzteils der Betrieb unterbrechungsfrei weiterlaufen.

Die erfassten und ausgewerteten Informationen sind auch in der Qualitätssicherung und im F&E-Bereich zu einem unverzichtbaren Bestandteil des kontinuierlichen globalen Optimierungsprozesses geworden. So errechnet das System aus den Rohdaten zum Beispiel Spitzen- und Stundenmittelwerte etwa zum Gas- und Stromverbrauch oder auch Abweichungen zu den Vorgaben und stellt sie den Usern auf Visualisierungsmonitoren in der Produktion, vom Maschinenfahrer über den Gruppen- bis zum Werksleiter zur Verfügung. Im Ernstfall lösen die Prozessdaten auch Alarm-E-Mails aus.

„Auf Basis dieser Daten können wir nicht nur Probleme wie etwa etwaige Abweichungen im Prozess rasch erkennen, sondern in der Folge durch Simulationen und Versuche beseitigen. Auch Neuentwicklungen sind jetzt über alle Unternehmensbereiche hinweg einfacher realisierbar, weil die gewonnene Datenqualität und Verfügbarkeit den Wissensaustausch quasi auf Knopfdruck ermöglicht“, sagt Reiterer.

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