Digitalisierung, Simulation und 3D-Visualisierung

Durchgängiges Datenmanagement für die Prozessindustrie

Auf dem Weg in ein digitales Industriezeitalter stellen sich die Verantwortlichen in der Prozessindustrie viele Fragen: Worin liegen die Vorteile der Digitalisierung? Wie können Engineering-, Prozess- und Betriebsdaten gewinnbringend genutzt werden? Wie tragen diese Daten zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit bei? Erste konkrete Ansätze zur Beantwortung sehen bereits heute sehr vielversprechend aus.
Das Thema Digitalisierung ist aktuell omnipräsent und untrennbar mit der Erzeugung, dem Austausch, der Integration, der Verwaltung und natürlich der Auswertung von Informationen verbunden. Das gelungene Management dieser Informationen wird allgemein als Schlüssel zum Erfolg gesehen. Zudem wird erwartet, dass das Datenaufkommen weiter deutlich ansteigen wird, da immer mehr smarte Feldgeräte mit Diagnosemöglichkeiten, intelligente Package Units oder auch autonom agierende Produktionseinheiten Daten selbst erzeugen oder darauf angewiesen sind, solche aus anderen Systemen zu nutzen. Auf dem Weg zum digitalen Abbild einer Anlage ist der Aufbau einer vollständig integrierten Datenlandschaft eine der wichtigsten Voraussetzungen. Eine Lösung, die auf Grundlage einer einzigen Datenplattform einen durchgängigen Datenfluss über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage – von der Planung über die Inbetriebnahme und den Betrieb bis zur Modernisierung – gewährleistet, wird derzeit von Siemens für die Prozessindustrie angeboten: Die leistungsstarke Integration des CAE-Tools Comos mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7, der Simulationsplattform Simit und der Softwarelösung XHQ bildet dabei die Basis für den Digitalen Zwilling einer realen Anlage. Mit Comos Walkinside steht dem Anwender zudem eine Softwarelösung zur Verfügung, die mit hochauflösender 3D-Virtual-Reality-Darstellung die Engineering-Daten visualisiert und es so ermöglicht, sich wie in einem Videospiel durch seine Anlage zu bewegen und mit ihr zu interagieren – während diese bislang ausschließlich als Modell verfügbar ist. Die realistische Darstellung hochkomplexer Anlagenmodelle in 3D erlaubt einen einfachen, schnellen und intuitiven Zugriff auf relevante Projekt- und Anlagendaten während der Planung, des Betriebs und der Wartung – für alle Projektbeteiligten, unabhängig von ihrer fachlichen Zuordnung.

Datenbasis in der Planungsphase

Von den ersten Planungsschritten an fungiert Comos als globales Datenzentrum, das allen Projektbeteiligten weltweit sicheren Zugang zu konsistenten Informationen ermöglicht. Sämtliche Fachdisziplinen – von der ersten Auslegung der Prozesse über die Rohrleitungsplanung und das elektro-, mess-, steuer- und regelungstechnische Engineering bis zur Automatisierung – reichern mit ihrer Arbeit den Datenbestand zu den einzelnen Anlagenobjekten an. Die Informationen sind objektorientiert abgelegt und eindeutig beschrieben, dazu gehören Planungsdaten ebenso wie später Maschinendokumentationen, Rohrleitungs- und Instrumenten-Fließschemata (P&IDs), Stromlaufpläne, Automatisierungs-, Prozess- oder Wartungsinformationen. Durch die direkte Verbindung mit dem PIA Life Cycle Portal von Siemens können Feldgerätedaten einfach und direkt in Comos importiert werden. Große Synergien lassen sich durch die Verbindung mit dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 über ein bidirektionales Interface erzielen. Darüber werden die Engineering-Daten nahtlos weitergegeben und u.a. Konfigurationen und Strukturen ausgetauscht sowie ein automatisiertes Engineering der Hard- und Software für das Leitsystem ermöglicht. Wenn sich in der Betriebsphase Daten ändern, können diese einfach zurück nach Comos importiert werden – so bleiben die Anlagendaten über den gesamten Lebenszyklus konsistent und aktuell. Schon während der Planungsphasen bietet die bereits genannte 3D-Visualisierungssoftware Comos Walkinside allen Projektbeteiligten einen Zugang zur gemeinsamen Informationsbasis, auch ohne CAD-Kenntnisse. Damit ist der Projektstatus bzw. -fortschritt zu einem sehr frühen Zeitpunkt für sämtliche Fachdisziplinen einfach nachvollziehbar und es wird ein einheitliches Verständnis geschaffen. Auch Sicherheitsaspekte können so bereits zu einem frühen Zeitpunkt umfassend berücksichtigt werden, was bei der späteren Inbetriebnahme zu Zeit- und Kostenersparnis führt.

Training und Simulation

Nach Abschluss der Planungsphasen können die während des Engineerings erzeugten Daten nahtlos als Grundlage für die virtuelle Inbetriebnahme der Anlage mit der Simulationsplattform Simit weiter genutzt werden. So lässt sich die Automatisierungsfunktion simulieren und testen, lange bevor die Anlage real in Betrieb genommen wird: Dabei werden u.a. Signale, Feldgeräteverhalten, Feldkommunikation oder Prozesse simuliert. Das führt zu einem schnellen, effektiven, sicheren und reibungslosen Hochfahren der Anlage. Denn werden Fehler im Engineering der Anlagenautomatisierung erst bei der Inbetriebnahme bemerkt, können Fehlerursache und -behebung zu einem unkalkulierbaren Kostenrisiko werden. Das in Simit integrierte Operator Training System ermöglicht zudem eine effiziente Schulung der Bedienmannschaften im Kontrollraum. Digitalisierung und Simulation werden auch die Ausbildung von Bedien- und Wartungsmannschaften in der Anlage selbst entscheidend verändern. Aufgrund wirklichkeitsgetreuer Abbildung der Anlage im 3D-VR-Modell kann das Personal bereits vor der Inbetriebsetzung effektiv und nachhaltig trainiert werden. Durch die wirklichkeitsgetreue Abbildung selbst komplexer Anlagen lassen sich die Trainings vollkommen individuell für Einzel- oder Gruppenschulungen gestalten. Dabei sind neben Standardarbeitsabläufen auch spezielle Szenarien unter Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekten mit simulierten Störfällen wie Bränden oder Gasleckagen in der Anlage möglich. Die Simulation solcher realer Szenarien über den Comos Walkinside Immersive Training Simulator (ITS) verbessert nicht nur standardmäßige Wartungsarbeiten, sondern erhöht auch die Personal- und Anlagensicherheit. Wertvoll wird auch die Kombination des ITS mit dem Simit Operator Training System (OTS) für das gemeinschaftliche Training von Wartungspersonal und den Operatoren im Kontrollraum. Die Schulungsteilnehmer können ihren Avatar einfach über Tastatur und Maus oder mittels optionaler 3D-Datenbrille und Spielkonsolencontroller durch das Modell bewegen und Aktionen durchführen.