Maschinenauslastung: Wie mit MindSphere eine umfassende Überwachung von Anlagen gelingt

Als einer der größten Stahlhersteller der Welt konzentriert sich die HBIS Group Co., Ltd (HBIS) darauf, verschiedene Industrien mit den wertvollsten Stählen und Service-Lösungen zu versorgen, mit der Vision, das wettbewerbsfähigste Stahlunternehmen mit optimaler Maschinenauslastung zu werden. HBIS ist Chinas größter Lieferant von Stahl für die Fertigung von Hausgeräten, der zweitgrößte für den Automobilbau und der führende Stahl-Lieferant für den Schiff-, Brücken- und Hochbau.

Energieeffiziente Maschinenauslastung ist das Ziel

Das Unternehmen bezeichnet sich selbst als führender Anbieter modernster Anlagen in der Industrie, der auch eine führende Rolle in puncto Energieeffi­zienz und Umwelttechnologie spielt. In einem Bericht über die umfassende Wettbewerbsfähigkeit chinesischer Eisen- und Stahlunternehmen wurde das Unternehmen mit der höchsten Bewertung ausgezeichnet.

Digitalisierung als Problemlöser

Wie bei anderen Stahlunternehmen, die mit traditionellen Produktionsmethoden arbeiten, wurden auch bei HBIS die Daten der Fabrikanlagen und Systemprozesse in unterschiedlichen Datensilos abgelegt. Echtzeit-Betriebszustandsdaten aus dem Walzwerk waren in speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) isoliert. Daten über Blechstärkenabweichungen speicherte man im Qualitätssystem. Messwerte aus dem Energieverbrauch waren nicht mit anderen Systemen verbunden, und Echtzeit-Produktionsdaten wurden im Manufacturing-Execution-System (MES) gesammelt.

Die Transparenz des gesamten Stahlproduktionsprozesses war sehr gering, und Prozesse konnten nicht in Echtzeit angepasst und optimiert werden. HBIS erkannte das Potenzial von Digitalisierungs- und Internet-of-Things-(IoT)-Technologien, um die wichtigsten Herausforderungen für das Unternehmen anzugehen.

In der Vergangenheit hatte HBIS die Prozesse zur Einschätzung des Maschinenzustands manuell überwacht. Die daraus resultierenden Ausfallzeiten und die schlechte Maschinenauslastung waren oft nur mit hohem Kosten- und Zeitaufwand zu korrigieren. Darüber hinaus hatte das Unternehmen eine hohe Fehlerquote bei Walzstahl festgestellt, und die instabile Qualität erhöhte die Betriebskosten des Stahlherstellers.

Die Stahlproduktion ist energieintensiv, das heißt, Energie macht einen erheblichen Teil der Gesamtkosten aus. Durch Verbesserungen der Energieeffi­zienz konnte HBIS die Produktionskosten senken und seinen Wettbewerbsvorteil weiter ausbauen. Allerdings war es für das Unternehmen nur schwer möglich, Energie wirklich einzusparen, weil sich der Energieverbrauch nicht mit Zahlen hat belegen lassen.

Partnerschaft mit Siemens

HBIS und Siemens unterzeichneten 2019 eine strategische Kooperationsvereinbarung mit dem Ziel, gemeinsam ein digitales Fabrikmodell und ein gemeinsames Labor aufzubauen, in dem die Grundlagen für die intelligente Fertigung auf Basis des industriellen IoT demonstriert werden können. Im Rahmen der Vereinbarung wollen beide Parteien die Mind­Sphere von Siemens mit der Industrial IoT-as-a-Service-Lösung als wichtigsten Hebel für die Transformation und Modernisierung der Stahlindustrie durch digitale Technologien fördern. Damit wurde HBIS zum ersten Stahlunternehmen in China, das mit MindSphere arbeitet.

Der chinesische Anbieter wollte die Vorteile der einfachen Konnektivität und fortschrittlichen Datenanalytik, die MindSphere bietet, nutzen, um die Herausforderungen des eigenen Unternehmens zu meistern und damit ein optimales Modell für die digitale Transformation der gesamten Branche zu schaffen.

Mit dem Einsatz von MindSphere überwand HBIS die Barrieren zwischen zuvor eigenständigen Anlagen und Systemen. Über die Verbindung von MindConnect-Hardware mit MindSphere konnte das Unternehmen wichtige Anlagen- und Systemdaten erfassen, unter anderem die Daten von Motoren, SPS, Zählern und dem MES. Alle gesammelten Daten werden in MindSphere hochgeladen und liefern somit eine Grundlage für weitere Daten­analysen.

Maschinenauslastung: Überwachung wichtiger Anlagen mit MindSphere

Als Herzstück des Stahlwalzgeschäfts entscheidet die Betriebsstabilität der Walzwerke über die Effizienz der Produktion. Die kontinuierliche Erfassung von Temperaturschwankungen in den Coil- und Walzenmotoren gewährt Bedienern und Managern in Echtzeit einen genauen Einblick in Betrieb und Zustand der Walzwerke. Über den Fleet Manager, eine Kompo­nente von MindSphere, kann HBIS auf wesentliche Datenüberwachungsfunktionen für Industrieanlagen zugreifen, die in MindSphere verbunden und konfiguriert wurden. Mithilfe von Fleet Manager lassen sich Anlagen lokalisieren und betreiben, ihre Konfigurationsdetails überprüfen sowie die wichtigsten Anlagen über die Zeit überwachen. Zudem können Regeln zur Erkennung und Korrektur von Grenzwertüberschreitungen festgelegt werden.

Wenn zum Beispiel die Motortemperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, löst Fleet Manager eine Fehlermeldung aus und benachrichtigt den Wartungsleiter. Ebenso können Anlagenhersteller die Ursache eines Fehlers per Fernzugriff analysieren und den Anlagenzustand per Fernwartung verbessern. Überwachung und Analyse sorgen für eine zeitnahe und effektive Wartung. Dadurch lassen sich ungeplante Ausfallzeiten von Anlagen minimieren und die Produktionseffizienz verbessern.

Gesteigerte Produktqualität

Die durch modernste Datenanalytik gewonnenen Erkenntnisse liefern die Datenbasis für die Stabilisierung der Produktqualität und die Senkung des Energie­verbrauchs.

MindSphere kombiniert die Prozessparameter mit den Produktionskennzahlen und versetzt damit HBIS in die Lage, die Qualitätsdaten des Endprodukts in Echtzeit zu überwachen. Zum Beispiel hat der Zustand der Walzen, die in der Kaltwalzproduktion verwendet werden, entscheidende Auswirkungen auf die Qualität kaltgewalzter Bleche. Durch die moderne Datenanalyse von Mind­Sphere kann der Stahlproduzent Walzenanomalien leicht erkennen und Qualitätsmängel und Unfälle reduzieren.

Verbesserung der Stahlqualität bei optimaler Maschinenauslastung

Die Erfassung von Produktqualitäts­daten ermöglicht es HBIS auch, geeignete Maßnahmen zur kontinuierlichen Qualitätsverbesserung zu ergreifen. Mit MindSphere kann HBIS aufzeichnen, wann das Stahlcoil während der Verarbeitung die Benchmark-Schwellenwerte (±5 Mikrometer) überschreitet, indem die Echtzeit-Qualitätsdaten mit der Zeit und dem Standort des Coils korreliert werden. Mit diesen Daten war das Unternehmen in der Lage, die Fehlerhäufigkeit und die Arbeitsbedingungen beim Auftreten von Fehlern zu analysieren und sie mit historischen Daten zu vergleichen und damit datengestützte Erkenntnisse für die Qualitätsverbesserung zu gewinnen.

Energieoptimierung

Über MindSphere kann HBIS während des Produktionsprozesses Energieverbrauchsdaten in Echtzeit erfassen. Durch das Verfolgen und Analysieren des Energieverbrauchs kann man genau feststellen, wo die Ursache für mögliche Energieverluste oder Schwund liegt.

„Mit MindSphere lassen sich wichtige Anlagen und Systeme einfach überwachen, ungeplante Ausfallzeiten reduzieren und die Maschinenauslastung optimieren“, betont Miao Zhiwei, Wartungsleiter bei HBIS. „Fernzugriff und -diagnose können auch das Problem bei Ausfällen wichtiger Anlagen schnell lösen, indem wir von einer traditionellen passiven Wartung auf eine effiziente intelligente Wartung übergehen.“

Anwendungen für MindSphere

Mit dem MindSphere-Pilotprojekt konnte HBIS seine wichtigsten Anlagen und die Maschinenauslastung in Echtzeit überwachen und datengestützte Erkenntnisse zur Verbesserung der Produktqualität und zur Optimierung des Energieverbrauchs gewinnen. Das Unternehmen hat auch selbst einige MindSphere-Anwendungen entwickelt.

Eine Anwendung zeigt beispielsweise das 3D-Visualisierungsmodell des Walzwerks, kombiniert mit wichtigen Daten zum Leistungsstatus. Eine andere App überwacht wiederum die Motortemperaturen und zeigt sie für die wichtigsten Motoren des Walzwerks an. Durch die eigenen Erfahrungen mit MindSphere hat HBIS jedenfalls großes Vertrauen in die Digitalisierung gewonnen.

Die Autorin Sophia Zhang arbeitet im Cloud Solution Marketing bei Siemens Digital Industries Software in Shanghai/China.

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