Industrie 02.07.2010, 19:47 Uhr

Simulation bringt Anlagenbediener in Topform

Die Konjunktur zieht wieder an und mit ihr steigen die Kundenansprüche – immer höhere Energie- und Ressourceneffizienz fordern Anlagenbauer zunehmend heraus. Geht es dann noch um schnellste Inbetriebnahme, beschleunigt Simulation nicht nur das Engineering: Trainingssimulatoren für das Bedienpersonal können den Weg bis zum Anlagenstart abkürzen.

„Wir beobachten, dass der Druck auf die Anlagenhersteller steigt, weil die Investoren immer konkretere Forderungen zu Lebensdauer, Nutzungsart und dem Energieverbrauch stellen. Gleichzeitig werden die Anlagen immer komplexer und kundenspezifischer. In der Folge können sie nicht wie Serienprodukte getestet und optimiert werden. Deshalb wird Digital Engineering mit dem Test virtueller Prototypen so wichtig“, begründete Michael Schenk, Institutsleiter des Fraunhofer IFF in Magdeburg, die steigende Bedeutung von Virtual Reality im Anlagenbau.

Digital Engineering setze viel Know-how voraus und die Digitalisierung des gewonnenen Wissens. Durch Virtual Reality sei es möglich, auf Basis dieses Wissens sehr viele Simulationen und Szenarien zu berechnen. Im Ergebnis erhalte der Anlagenbauer spezifische Betriebskennlinien der Anlage, die deren Leistung in Abhängigkeit z. B. des Energieverbrauchs beschreiben. Solche Betriebskennlinien helfen dem Anlagenfahrer, sich möglichst nahe am idealen Betriebspunkt zu bewegen. Dieses durch Simulationen gewonnene Wissen könne schließlich in die reale Anlagensteuerung implementiert werden und helfe dem Anlagenbediener, die Anlage möglichst nahe am Optimum zu betreiben.

Zur Darstellung von Prozessabhängigkeiten in dynamischen Prozessmodellen setzt Bayer Technology Services, Leverkusen, Operator Training Simulatoren (OTS) ein. Ralf Sick-Sonntag, Leiter Anlagenplanung, benannte die Simulation des Anfahrens komplexer Anlagen im Verbund als die wichtigste Anwendung der Trainingssimulatoren: „Während sich die Anlage noch in der Montage befindet, wird das Bedienpersonal schon intensiv geschult. Die Konfigurierung des Leitsystems und die Parametrisierung der Regelkreise kann bereits geprüft werden. Im Ergebnis erfolgt das Anfahren der Anlage schneller, es werden deutlich weniger Fehler gemacht, der Ausschuss sinkt und wir erreichen deutlich früher den Zieldurchsatz.“

Zur Illustration des Zeitvorteils verwies er auf die Erfahrungen mit der Inbetriebnahme zweier vergleichbarer großer Anlagenkomplexe. Der Anlagenverbund mit OTS-Vorbereitung habe bereits nach drei Monaten ihren Sollbereich erreicht, während die herkömmliche Inbetriebnahme ein Jahr gedauert habe.

Der Einsatz von OTS schafft auch wirtschaftliche Vorteile. Nach einer internationalen Untersuchung des ASM Consortiums, ein Zusammenschluss von US-Unternehmen und Hochschulen aus dem Bereich der Prozessindustrie, entstehen durch Betriebsstörungen in mittleren und großen Prozessanlagen jährlich weltweit Produktionsausfälle im Wert von 100 Mrd. €. Laut dieser Studie sind die Störungen zu 40 % auf menschliches Fehlverhalten zurückzuführen, weil sich das Bedienpersonal z. B. nicht an Arbeitsanweisungen gehalten oder die Anlage falsch bedient hat. Nach den Erfahrungen von Bayer können mit dem OTS-Konzept im Benchmarking mindestens zwei Drittel der Fehler beseitigt werden.

Neben dem Anfahren einer Anlage werden Trainingssimulatoren künftig eingesetzt, um die Betriebsführung zu verbessern. Ralf Sick-Sonntag: „Ein Anlagenfahrer wird künftig zum Optimierer, indem er parallel zur laufenden Anlage optimierte Zustände simulieren kann.“ Das OTS-Konzept berücksichtigt die Hardware-Charakteristik der einzelnen Komponenten, bedient das Leitsystem und reagiert in Echtzeit auf Anpassungen. Um eine gesamte Anlage optimieren zu können, sei beim Anlagenfahrer allerdings ein hohes Prozessverständnis erforderlich, was eine weitergehende Ausbildung auf Ingenieurslevel notwendig mache.

Für das virtuelle Training sieht Sick-Sonntag künftig weitere Einsatzfelder. Das OTS-Konzept sei geeignet für das Training von simulierten Störungen bis zur Optimierung der Anlagen für einen wirtschaftlichen Teillastbetrieb z. B. in Zeiten geringerer Nachfrage. M. ORTGIES/KIP

Von M. Ortgies/Dietmar Kippels
Von M. Ortgies/Dietmar Kippels

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