ARC WHITE PAPER - w3.siemens.com · Autoren: Valentijn de Leeuw, Florian Güldner ARC WHITE PAPER...

Autoren: Valentijn de Leeuw, Florian Güldner

ARC WHITE PAPER

OKTOBER 2012

“Best Practices“ im Anlageninformationsmanagement erhöhen die Verfügbarkeit und senken Betriebs- und

Sicherheitsrisiken

Zusammenfassung ..................................................................... 3

Analyse und Management von Prozess- und Betriebsrisiken .............. 5

Das Potenzial korrekter Anlageninformationen ................................ 9

Anwendungsbeispiel: Datenzentrischer Anlagenbetrieb ................... 10

Anwendungsbeispiel: Immersives Operator Training ....................... 16

Empfehlungen ........................................................................... 18

Literaturverzeichnis ................................................................... 19

VISION, EXPERIENCE, ANSWERS FOR INDUSTRY

ARC White Paper • Oktober 2012

2 • Copyright © ARC Advisory Group • ARCweb.com

Anzahl von Großunfällen in der EU-15, 1996-2004 Nach Meldungen zum EU-Informationssystem für Großunfälle (MARS)

(Christou 2008)

Entwicklung der Schadenssummen bei Raffineriesachschäden weltweit in Millionen US-Dollar/Jahr (Schouwenaars 2008)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

DAM

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Raw data

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Linear trend line


Copyright © ARC Advisory Group • ARCweb.com • 3

Kosten von Unfällen und mangelnder technischer Zuverlässigkeit

Die Gesamtkosten von Unfällen, Vorfällen und mangelnder technischer Zuverlässigkeit (bzw. Betriebssicherheit) können eine Höhe von ein

bis drei Prozent vom jährlichen Umsatz ausmachen. Hinzu kommen

Schadenssummen im Bereich von 500 Millionen bis fünf Milliarden US-Dollar pro sogenannter Großkatastrophe. Zu einer

Großkatastrophe bei einem Ölriesen kommt es im Durchschnitt alle 20 Jahre.

Zusammenfassung

Der Erfolg eines Unternehmens in der Prozessindustrie wird in der Regel

anhand von Kriterien wie Umsatz und Gewinn gemessen. Neben solchen

Erfolgs- oder Leistungskriterien haben jüngst jedoch auch andere

Kennzahlen wie die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, Prozess- und

Arbeitssicherheit oder Nachhaltigkeit an Bedeutung gewonnen. Die

Beeinflussung dieser Indikatoren verursacht Kosten, eröffnet jedoch auch

Potenziale. Das vorliegende White Paper betrachtet den erhöhten

Maßnahmenbedarf im Bereich des Betriebs- und Sicherheitsmanagements

und untersucht hierzu den Zusammenhang zwischen korrekten und

aktuellen Anlageninformationen einerseits und der Senkung von Prozess-

und Betriebsrisiken andererseits. Im

Anschluss werden verfügbare Lösungen

diskutiert, die Potenzial zur Verbesserung

der aktuellen Branchenpraxis bieten.

Die Kosten für Maßnahmen zur

Instandhaltung und für Verbesserungen der

Prozesssicherheit sind bekannt. Allerdings

ist der Einfluss auf die technische

Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit

schwierig zu ermitteln, weil die Maßnahmen

miteinander korrelieren und weil Unfälle

und Vorfälle relativ selten und in

unregelmäßigen Abständen auftreten.

Unfälle und Vorfälle werden als operative und Sicherheitsrisiken und somit

als unabhängige statistische Größe betrachtet. Wie im vorliegenden White

Paper dargestellt, können die Gesamtkosten von Unfällen, Vorfällen und

mangelnder technischer Zuverlässigkeit eine Höhe von ein bis drei Prozent

vom jährlichen Umsatz betragen. Hinzu kommen Schadenssummen im

Bereich von 500 Millionen bis fünf Milliarden US-Dollar pro

Großkatastrophe. Zu einer Großkatastrophe bei einem Ölriesen kommt es

im Durchschnitt alle 20 Jahre. Dabei liegt die Streuung je nach Sicherheits-

und Zuverlässigkeitsmaßnahmen in einem Wertebereich zwischen vier bis

100 Jahren.

Initiativen zur Verbesserung der Sicherheit und der Verfügbarkeit sind

stark positiv korreliert. Maßnahmen zur Verbesserung der

Arbeitssicherheit dagegen haben wenig Einfluss auf die Prozesssicherheit,



Betriebs- und Prozesssicherheit setzen Anlageninformationsmanagement mit

korrekten Daten voraus

Wirksame Betriebs- und Prozesssicherheitsmaßnahmen müssen die

Aspekte des Anlagenmanagements sowie von Gesundheit, Arbeitsschutz und Umwelt (Health, Safety and Environment, HSE) mit den Fragen

der Zuverlässigkeit des menschlichen Verhaltens und der Prozessausführung

konzeptuell verbinden. Eine effektive, effiziente und auf Betriebssicherheit abzielende Planung

und Ausführung von Wartungsmaßnahmen setzt korrekte und aktuelle

Anlageninformationen voraus.

umgekehrt wirken sich jedoch Verbesserungen der Prozesssicherheit

positiv auf die Arbeitssicherheit aus. Da die Quelle der meisten Sicherheits-

und Betriebssicherheitsprobleme der menschliche Fehler ist, müssen

wirksame Betriebssicherheits- und Prozesssicherheitsmaßnahmen Aspekte

von Anlagenmanagement und HSE (Health, Safety and Environment) mit

der Zuverlässigkeit des menschlichen Verhaltens und der Prozessabläufe

verbinden. Eine effektive, effiziente Planung und Ausführung von

„Reliability Centered Maintenance“ bzw. auf Verfügbarkeit orientierte

Wartungsmaßnahmen setzen daher korrekte und aktuelle

Anlageninformationen voraus. Sämtliche Wartungsaktivitäten oder

Anlagenänderungen müssen dokumentiert

werden und für alle Mitarbeiter zugänglich

sein. So können sich Entscheidungsträger

auf die Problemanalyse konzentrieren – in

dem Wissen, dass sie bereits über korrekte

(As-Built- oder As-Maintained-) Daten

verfügen.

Die als Datendrehscheibe für Engineering,

Betrieb und Instandhaltung fungierende

Software COMOS von Siemens bietet einen

solchen Echtzeit-Informationszugriff auf

den Anlagenzustand. Dass aktuelle

Anlageninformationen verfügbar sind, ist

ebenfalls von herausragender Bedeutung

für die Entscheidungsfindung in Notfällen

und die Eingrenzung potenzieller Schäden. In COMOS werden die

vorhandenen 3D-Modelle der sich in Betrieb befindlichen Anlage stets

aktuell gehalten und können bei immersiven und realistischen Operator

Trainings in einer sicheren Umgebung verwendet werden. COMOS

reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für Schulungen und ermöglicht so,

dass die Anlage früher bereit zur wirtschaftlichen Nutzung ist. Daneben

unterstützt die 3D-Darstellung Wartungsarbeiten und den laufenden

Betrieb. Zu den betriebswirtschaftlichen Vorteilen gehören ein verringertes

Prozess- und Betriebsrisiko, eine gesteigerte Produktivität von Engineering,

Instandhaltung und Betrieb, eine schnellere und höhere Verfügbarkeit von

Anlagen- und Betriebspersonal sowie eine verbesserte Einhaltung

gesetzlicher Vorschriften. Zur Veranschaulichung wird im Folgenden eine

Analyse vorgestellt, die anhand zweier Anwendungsbeispiele die Kosten

und das Management von Prozess- und Betriebsrisiken aufzeigt.



Korrelation von Finanzergebnis, Risiko, Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit

• Die Anlagenverfügbarkeit und die Prozesssicherheit beeinflussen das Finanzergebnis wesentlich.

• Die durchschnittlichen finanziellen Auswirkungen schwerer Industrieunfälle werden erheblich unterbewertet.

• Das Risiko schwerer Industrieunfälle lässt sich durch Wartung und die Schaffung einer Sicherheitskultur deutlich verringern.

• Sicherer und zuverlässiger Betrieb sind mit wirksamem Kostenmanagement vereinbar.

• Die Verbesserung der Arbeitssicherheit wirkt sich deutlich auf Personenschäden und Todesfälle, jedoch nicht auf schwere Unfälle aus. D. h., über die Arbeitssicherheit hinaus müssen auch Aspekte der Prozesssicherheit aktiv beeinflusst werden.

• Wirksam kann nur ein integrierter Ansatz sein, der sowohl Sicherheit als auch die Anlagenverfügbarkeit und menschliches Verhalten umfasst.

• Beispielhaft für solche Maßnahmen sind aktuelle Anlageninformationen als Basis für operative Entscheidungen, Instandhaltungsentscheidungen und Operator Trainings.

Analyse und Management von Prozess- und Betriebsrisiken

Viele moderne Unternehmen nutzen neben den reinen Finanzkennzahlen

für die Betriebsführung auch Indikatoren wie die Einhaltung gesetzlicher

Vorschriften, die Prozess- und Arbeitssicherheit oder Nachhaltigkeit und

Umweltauswirkungen. Die Beeinflussung letzterer Indikatoren verursacht

Kosten, eröffnet jedoch auch Potenziale.

So ermöglichen z.B. die Vorteile

verbesserter Energieeffizienz im

Rahmen von Nachhaltigkeitsinitiativen

oft eine schnelle Amortisation des

eingesetzten Kapitals (Farrell and

Remes 2008). Kosten und Nutzen

verbesserter Nachhaltigkeit und die

entsprechenden Indikatoren sind relativ

stabil über mehrere Jahre und lassen

sich gut vorhersagen.

Prozesssicherheit und

Anlagenverfügbarkeit wirken sich

unmittelbar günstig auf den Umsatz

aus. Vorfälle, Unfälle und ungewollte

Abschaltungen dagegen haben den

umgekehrten Effekt und führen im

schlimmsten Fall zu Personenschäden,

Todesfällen und zu Schäden an Umwelt

und Anlagen einschließlich der damit

verbundenen Kosten und negativen

Auswirkungen auf die Marke. Unfälle

und Vorfälle treten nicht häufig und

zudem nur unregelmäßig auf. Sie gelten

als Prozess- und Betriebsrisiken, die man zwar durch gutes Management

reduzieren, aber nicht völlig ausschließen kann.

Menschliches Versagen und Sicherheit Nach Schätzungen des ASM Consortium sind ungeplante

Anlagenabschaltungen in der Prozessindustrie zu ca. 40 Prozent auf Fehler

von Apparaten und Anlagen zurückzuführen, zu 20 Prozent durch die

Nichteinhaltung vorgeschriebener Prozesse bedingt und zu ca. 40 Prozent



resultierend aus menschlichem Versagen (ASM Consortium, zitiert nach

O’Brien 2010). Untersuchungen von Total zum Einfluss menschlichen

Verhaltens auf die Prozesssicherheit, verglichen mit Best Practices aus der

Nuklearindustrie und von Fluggesellschaften haben gezeigt, dass das

Risiko menschlichen Versagens durch die Implementierung von Regeln

und Prinzipien (Van Roost 2010) und die Schaffung einer Sicherheitskultur

(Ghosh and Woll 2007) um mindestens den Faktor 100 reduziert werden

kann. Ihre Analysen zu den Ursachen einer Reihe von Industrieunfällen

und Beinahe-Unfällen lässt auch erkennen, dass menschliches Versagen

häufig mitursächlich ist.

Die Bemühungen zur Verbesserung der Arbeitssicherheit haben in den

letzten Jahren zu einer deutlichen Verminderung der Personenschäden und

Todesfälle geführt, sich jedoch nur gering auf die Anzahl der schweren

Industrieunfälle ausgewirkt, die im Zeitverlauf nur sehr langsam

zurückgeht (Schouwenaars 2008, Haesle et al. 2009). Diese Befunde

bestätigen die Ergebnisse von Total und anderen, wonach die Verbesserung

von Arbeits- und Prozesssicherheit gesonderte Maßnahmen erfordert.

Nach Zahlen der EU kommt es jährlich zu durchschnittlich etwa drei

Großunfällen pro 1000 Industriebetriebe (Christou 2008) mit mindestens

einem Todesopfer und einer Schadenssumme über 2,5 Millionen Euro.

Großkatastrophen wie die Explosionen von Toulouse, in einer Ölraffinerie

in Texas oder des Öllagers in Buncefield liegen in einer anderen

Größenordnung: Hier beträgt die durchschnittliche Schadenssumme 2

Milliarden US-Dollar und bewegt sich zwischen 500

Millionen und 5 Milliarden US-Dollar, wobei die

Höchstmarke mit mindestens 40 Milliarden US-Dollar

Schaden durch den Ölaustritt unter der Plattform

Deepwater Horizon im Golf von Mexiko erreicht

wurde. Bei einem durchschnittlichen Ölriesen mit

einem Umsatz im Bereich von 300 Milliarden US-Dollar

und einer Umsatzrendite von 8 Prozent oder 24

Milliarden US-Dollar liegt die wahrscheinliche

Häufigkeit eines Großunfalls nach Definition der EU bei

etwa drei Unfällen innerhalb von zwei Jahren.

Großkatastrophen sind weit weniger häufig und treten nach Schätzungen

der ARC vielleicht einmal in 20 Jahren auf. Bei einem Unternehmen der

genannten Größe belaufen sich die umgerechneten jährlichen Kosten auf ca.

100 Millionen US-Dollar oder einige Prozent vom Gewinn. Die Häufigkeit

Ursachen für Anlagenstillstand/-drosselung

40%

20%

40%

Equipment Failure

Not Following Processes

Human Error



von Großunfällen und -katastrophen schwankt um mindestens den Faktor

fünf je nach unternehmensspezifischer Sicherheitskultur und

Betriebssicherheitspraxis und kann im Höchstfall bei einem Großunfall alle

zwei Monate und einer Großkatastrophe alle vier Jahre liegen. Ein

typischer Ölriese würde in einem Worst-Case-Szenario, wie etwa BP im

Jahr 2010, Geld verlieren. Dasselbe Szenario würde jedoch für ein kleineres

Ölunternehmen einen Verlust bedeuten, den es vermutlich nicht verkraften

würde.

Prozesse und Anlagenverfügbarkeit Da die Korrelation zwischen Instandhaltungsaufwand und verringerten

Unfallzahlen nicht auf der Hand liegt, besteht die Versuchung, Wartungs-

und Inspektionskosten zu reduzieren, um die Rentabilität zu optimieren.

Nach einer McKinsey-Studie (Laurens and Van Der Molen 2009) arbeitet

die erste Riege der globalen Öl- und Gasproduzenten mit einer 95- bis 98-

prozentigen Anlagenverfügbarkeit auch bei älteren Anlagen. Diese

Unternehmen betreiben zugleich Kostensenkungen mit den richtigen

Schwerpunkten und vermeiden eine Abwärtsspirale im Bereich der

Anlagenverfügbarkeit. Die Studie von McKinsey hat ergeben, dass die

weltweite Spitzengruppe der Unternehmen vorbeugende und

zustandsabhängige Wartung sowie eine fehlerfreie Umsetzung von Plänen

und Prozessen praktiziert. Nach Williams (2001) sind hier realistische

Verbesserungen der Anlagenverfügbarkeit in der Größenordnung von ein

bis drei Prozent, bei einer Senkung der Wartungskosten um 20 bis 30

Prozent erreichbar. Dies entspricht einem bis drei Prozent vom Umsatz auf

Märkten mit Nachfrageüberhang.

Korrelation der Ursachen erfordert eine Integration der Maßnahmen Maßnahmen zur Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit und

Prozesssicherheit wirken sich jeweils signifikant auf das finanzielle

Ergebnis und Risiko eines Unternehmens aus. Maßnahmen zur

Verbesserung der Sicherheit und der Verfügbarkeit sind stark positiv

korreliert. Da die Probleme der Sicherheit und technischen Zuverlässigkeit

(bzw. Betriebssicherheit) größtenteils auf den Menschen zurückzuführen

sind, müssen wirksame Maßnahmen im Bereich der Sicherheit und

Zuverlässigkeit Aspekte des Anlagenmanagements, HSE (Health, Safety

and Environment) und menschlichen Verhaltens miteinander integrieren.



Maßnahmen zur Risikoreduzierung und Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit Obwohl Statistiken über Vorfälle, Unfälle und Abschaltungen problemlos

verfügbar sind, scheint der Eintritt solcher Ereignisse dennoch immer

überraschend zu sein. Das menschliche Bewusstsein ist wohl fähig, Risiken

einzuschätzen, neigt jedoch bei intuitiven Risiko-Abschätzungen und -

Entscheidungen zu Fehlern (Kahnemann

2011, Tversky and Kahneman 1974).

Das Management kann aber die richtigen

Entscheidungen treffen: Das Risiko und

die einschüchternden

Kostendimensionen von Unfällen und

ungeplanten Stillständen lassen sich mit

relativ kleinen Aufwand und

Investitionen deutlich verringern. Total

konnte bei einer vergleichenden

Untersuchung mit der Luftfahrtindustrie

aufzeigen, dass das Risiko menschlicher

Fehler durch relativ einfache

Maßnahmen wie die Aufteilung der

Verantwortung auf zwei Personen und die doppelte Prüfung von

Entscheidungen signifikant reduziert werden kann. Auch ein korrektes

Bild der Anlagen und ihres Zustands ermöglicht eine signifikante

Eingrenzung von Prozess- und Betriebsrisiken.

Aktuelle Anlageninformationen sind wesentliche Voraussetzungen, um

richtige Entscheidungen bei der Instandhaltung der Anlagen zu treffen.

Genauso wichtig sind sie für das Training von Mitarbeitern im Bereich der

Prozesse und des Verhaltens. Eine alles entscheidende Bedeutung kommt

schließlich dem angemessenem Verhalten und den aktuellsten

Informationen zu dem Zustand der Anlage bei Entscheidungen in

Notfällen zu.

Standort, Jahr

Geschätzte Kosten in

Milliarden US-Dollar

Piper Alpha 1988 3.4

Enschede 2000 0.5

Toulouse 2001 1.8

Skikda 2004 >3.0

Buncefield 2005 2.0

Texas City 2005 1.5

Deepwater Horizon 2010 40,0

Kosten industrieller Großkatastrophen



Vorteile von integriertem Anlagenengineerings und -betrieb

Der Einsatz einer einzigen, konsistenten und stets aktuellen Datendrehscheibe für Design,

Engineering, Bau, Übergabe, Betrieb und Instandhaltung , in Verbindung mit einer 3D-

Anlagenvisualisierung senkt das operative Risiko, steigert die Produktivität, sorgt für eine schnellere Betriebsbereitschaft und verbessert

die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Das Potenzial korrekter Anlageninformationen

Die Nutzung einer einzigen, konsistenten und globalen Datendrehscheibe

wie COMOS, die jederzeit und von allen beteiligten Fachdisziplinen up-to-

date gehalten wird, ermöglicht umfassende und vollständige

Informationstransparenz für alle Anlagenobjekte und Beteiligten. Die

unterschiedlichen Fachdisziplinen können mittels konfigurierbarer

Workflows in einem strukturierten Prozess zusammenarbeiten. Dies

schafft u.a. folgende Vorteile:

• Anlagen-Engineering und Anlagenbau sind von höherer Qualität, die

Zeit bis zur Betriebsbereitschaft wird deutlich verkürzt.

• Die bei der Übergabe bereitgestellte Dokumentation entspricht einer

aktuellen "As-built"-Datenbasis, die im Verlauf der weiteren Pflege zur

"As-maintained"-Datenbasis wird. Da die Ingenieure weniger Zeit zum

Eingeben und Auffinden von Informationen benötigen, sind

wesentliche Produktivitätssteigerungen möglich.

• Die gesetzliche Pflicht zur aktuellen Dokumentation der Anlage wird

jederzeit erfüllt.

• In dringenden Fällen können anhand aktueller Anlageninformationen

belastbare Entscheidungen getroffen werden. Durch schnellere und

angemessene Maßnahmen sinken die operativen Risiken erheblich.

Mit dem 3D Virtual Reality Viewer COMOS Walkinside können die in den

Engineering-Phasen erzeugten 3D-Daten in allen Lebenszyklusphasen der

Anlage, wie Betrieb, Wartungsplanung,

Simulation und Workforce Training

wiederverwendet werden. Als spezielles

Tool für den operativen Einsatz bietet

COMOS Anlagenbetreibern und

Ingenieuren eine einfache Bedienbarkeit

verbunden mit einer schnellen und

realistischen Darstellung komplexer

Modelle, die den Eindruck vermitteln,

physisch vor Ort zu sein. Zu den typischen

Anwendungsbeispielen gehören

Projektfortschrittskontrollen,



Problemlösungssitzungen, immersive Off-Site-Trainings, Bereitstellung von

räumlichem Kontext für Engineering- und Instandhaltungsaufgaben sowie

Entscheidungsunterstützung in Notfällen.

Immersives Operator Training mit COMOS Walkinside

Das immersive Erlebnis beim Training bewirkt eine deutliche Verstärkung

der Erinnerung der Lerninhalte, spart Aufwand für herkömmliche Vor-Ort-

Schulungen ein und verbessert nachweislich die Einsatzbereitschaft der

Workforce in der Anlage.

Anwendungsbeispiel: Datenzentrischer Anlagenbetrieb

Modernes Anlagenmanagement in Betriebs- und Instandhaltungsphasen

Das Anlagenmanagement in der Prozessindustrie erfährt eine zunehmende

Bedeutung bei der Bestimmung der Strategie für die Instandhaltung und

Modernisierung von Anlagen. Ziel ist hierbei, sicherzustellen, dass die

Anlagen die benötigten Produktionskapazitäten zur Verfügung stellen,

aber gleichzeitig die Gesamtkosten über den Anlagenlebenszyklus zu

senken. Das Anlagenmanagement verbessert die Performance, etwa durch

Koordination von Engpassbehebungs- und Wartungsmaßnahmen sowie

durch Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Anlagen bzw.



COMOS

COMOS ist die Siemens-Softwarelösung für Engineering, Betrieb und Instandhaltung von Anlagen

in den verfahrenstechnischen Industrien von der Prozessplanung bis zur Stilllegung. COMOS unterstützt das verfahrenstechnische Engineering, die Erstellung von Rohrleitungs- und Instrumentierungsschemata sowie das 3D-, Elektrik-, Instrumentierungs- und

Steuerungs-Engineering. Außerdem unterstützt COMOS den effizienten Anlagenbetrieb z.B. durch

Dokumentenmanagement einschließlich Workflow- und Freigabeprozessen oder, bei einer risikobasierten

Wartungsstrategie, das Wartungsmanagement mit Risikobewertungen. Durch seinen Objektorientierten

Ansatz und die einheitliche Datenbasis über alle Lebenszyklusphasen und Fachdisziplinen bietet COMOS

allen Beteiligten sofortige und vollständige Informationstransparenz in Bezug auf ein

Anlagenobjekt. Konfigurierbare Workflows ermöglichen unterschiedlichen Disziplinen und Gewerken, im Rahmen von Engineering- und

Betriebsprozessen strukturiert zusammenzuarbeiten.

Basierend auf diesen Möglichkeiten:

• haben Ingenieure direkten Zugriff auf Informationen, die Kollegen anderer Disziplinen geändert haben. Damit ist ein effektives, paralleles Engineering möglich.

• ermöglicht die Objektorientierung modulares Engineering. Bei Anwendung im gesamten Unternehmen erhöht dies eine zeit- und kostensparende Standardisierung, erleichtert die Zusammenarbeit und erlaubt einen flexibleren Personaleinsatz.

• wird die Zeit zur Informationssuche deutlich verkürzt, wodurch die Produktivität steigt.

• lässt sich der Zeitpunkt der Betriebsbereitschaft zuverlässiger vorhersagen.

• wird die gesetzliche Pflicht zum stets aktuellen Dokumentationsstand der Anlage zu jedem Zeitpunkt erfüllt.

• lassen sich in dringenden Fällen anhand von Online-Anlageninformationen belastbare Entscheidungen treffen. Durch schnellere und tatsachengerechtere Maßnahmen sinken die operativen Risiken erheblich.

Teilen einer Anlage. Eine Anlagenmanagement-Lösung kann

beispielsweise eine Entscheidung unterstützen, einen Wärmetauscher, der

im Sommer die Produktion einschränkt, statt turnusmäßig im Herbst erst

im darauffolgenden Frühjahr zu

reinigen und so die entsprechende

Ausgabe zu verschieben. Ein

anderes Beispiel wäre, dass der

Austausch, eines Regelventils erst

im Anschluss an ein APC-

(Advanced Process Control)-Projekt

die wirtschaftlichen Vorteile des

APC zunichtemachen würde.

Zu den wichtigsten Funktionen des

Anlagenmanagements gehört es,

dem Anwender korrekte und

kontextgestützte Informationen zur

Verfügung zu stellen. Ein

Anlagenmanagement-System nutzt

eine Vielzahl von Datenquellen und

Tools, wie z. B. vorhandene

Maschinendokumentationen,

Engineering-Daten,

Wartungsprotokolle, Echtzeitdaten,

Werkzeuge zur Root-Cause-Analyse

und zuverlässigkeitsorientierten

Wartung, Arbeitspläne und Daten

zur Ersatzteilverfügbarkeit.

Die für den Anlagenbetrieb

Verantwortlichen müssen

Entscheidungen in Echtzeit treffen,

um die Anlage optimal zu betreiben

und den Produktionsplan zu

erfüllen. Für die richtigen

Entscheidungen brauchen sie

Zugriff auf Informationen zum

Status und Zustand von Teilen und

Anlagenkomponenten. Sie müssen

wissen, ob eine Pumpe ausgetauscht

wurde oder nicht, und falls ja, ob sie



deshalb den Anlagendurchsatz (und bis zu welchem Niveau) erhöhen

können. Sie müssen wissen, welche Teile der Anlage wegen

Wartungsarbeiten gesperrt sind. Bei Störungen oder Notfällen müssen sie

belastbare Entscheidungen treffen können, um Schäden oder

Produktionsverlusten vorzubeugen. Die Instandhaltung als Teilprozess

des Anlagenmanagements zielt darauf ab, den voll gebrauchsfähigen

Zustands einer Anlage wiederherzustellen.

Die häufigste Anwendung: Dokumentenmanagement EPC-Unternehmen (Engineering, Procurement and Construction) erledigen

sämtliche Engineering-Arbeiten mithilfe von Computer Aided Software.

Dasselbe gilt für ihre Subunternehmer. Bei Inbetriebnahme einer Anlage

wird jedoch die Dokumentation in den meisten Fällen in Papierform

übergeben. Manchmal werden auch elektronische Versionen der

Dokumente bereitgestellt. Die Eigentümer/Betreiber der Anlage profitiert

dabei jedoch nicht von den Möglichkeiten des vom EPC eingesetzten

Engineering-Systems.

In der Praxis stützten sich die Eigentümer/Betreiber bei Betrieb und

Instandhaltung der Anlage oft auf Dokumente. Änderungen werden als

handschriftliche Korrekturen in gedruckten Dokumenten erfasst.

Günstigstenfalls werden die elektronischen Dokumente anschließend

aktualisiert. Dieser Prozess ist zeitaufwendig und fehlerträchtig.

Informationen sind regelmäßig veraltet und die Wechselwirkungen

zwischen den Disziplinen führen zu unnötigen Wiederholungen. Viele

Engineering-Datenbanken verfügen nicht über die Funktionalitäten zur

Unterstützung von Anlagenbetrieb und -instandhaltung. Daher muss das

Wartungsmanagement-System zunächst, um arbeitsfähig zu sein, mit "As-

built"-Informationen aus den Übergabedokumenten befüllt werden. Wenn

der Anlageneigentümer dann eine Engpass- oder Fehlerbehebung bzw. ein

Modernisierungs- oder Optimierungsprojekt in Angriff nehmen will,

beginnt die Suche nach As-built- oder As-maintained-Daten mit dem

Eingeben von Daten in die Engineering-Systeme. Der damit verbundene

Zeitaufwand und das Datenverlustrisiko lassen sich leicht vorstellen.

Der seltener beschrittene Weg: Datenzentrischer Anlagenbetrieb Mit einem globalen Datenzentrum wie COMOS lassen sich aktuelle

Anlagendaten für Betriebs- und Instandhaltungszwecke jederzeit jedem

Anwender zur Verfügung stellen. Voraussetzung ist ein Prozess, der die

permanente Aktualität der Daten gewährleistet. Bei Einhaltung



entsprechender IT-Sicherheitsvorkehrungen können in diesem Fall

Generalunternehmer, Maschinen- und andere Anbieter das aktuelle As-

built und As-maintained Datenabbild der Anlage sicher gemeinsam nutzen

– ob nun vor oder während der Errichtung, vor oder nach der Übergabe der

Anlage, während der Betriebsphasen. Statt die Papierdokumentation zu

pflegen, aktualisieren die verschiedenen Akteure nun Datensätze, was den

Prozess beträchtlich vereinfacht und beschleunigt.

Effektive Zusammenarbeit von Eigentümern/Betreibern und EPC-Unternehmen durch Nutzung identischer, durchgängiger

Anlageninformationen

Anlagenbetreiber wie Petrobras haben die Vorteile erkannt, die ein

durchgängiges und modulares Engineering für die Gesamtheit ihrer

Raffinerien bedeutet. Petrobas hat deshalb Investitionen in Infrastruktur,

Software, die Einrichtung eines unternehmensübergreifenden Workflows

und die Definition von Engineering-Modulen getätigt. Um die Aktualität

der Anlagendaten sicherzustellen ist jeder Auftragnehmer von Petrobras

dazu verpflichtet, COMOS einzusetzen und den Petrobras-Workflow

einzuhalten. Das Datenmodell der Anlage wird nach der Übergabe durch

das Betriebs- und Wartungspersonal aktuell gehalten. Für

Instandhaltungszwecke ist ein einziges System, das sowohl über

Instandhaltungsfunktionen als auch die Engineering-Daten verfügt,

komfortabel und einfach zu handhaben.

Vor allem solche EPC-Unternehmen, die spezialisierte und komplexe

Engineering-Aufgaben übernehmen, haben ebenfalls die Vorteile einer

einzigen, durchgängigen und aktuellen Engineering Datenbasis erkannt,

die den Einsatz vorgefertigter Engineering-Module erlaubt. Sie erläutern

Ihren Kunden die Vorteile solcher Systeme. Falls der Kunde ein anderes

Format für seine Engineering-Daten wünscht, kann das EPC-Unternehmen

die COMOS-Daten in die meisten anderen gängigen Datenformate

umwandeln, ohne bei der Wahl des Engineering-Tools Kompromisse

eingehen zu müssen.



ARC-Lösungsmatrix für das Anlageninformationsmanagement

Datenzentrischer Anlagenbetrieb mit Kontext aus einem 3D-Anlagenmodell Eine 3D-Ansicht von Maschinen und Komponenten in ihrer Umgebung

innerhalb der Anlage ist in Verbindung mit Tabellen-, Text- oder 2D-

Informationen von immensem Wert. Mit COMOS Walkinside kann sich

das Instandhaltungspersonal einen visuellen Eindruck von einer

Anlagenkomponente verschaffen und z. B. erkennen, ob sie vom Boden aus

zugänglich ist oder ein Gerüst oder Kran benötigt wird. Umgekehrt kann

der Ingenieur aufgrund der Verknüpfung mit COMOS durch einfachen

Klick auf die Anlagenkomponente in der 3D-Ansicht direkt auf die

Merkmale der Anlagenkomponente, den Wartungsverlauf und die

Dokumentation zugreifen. Falls der Ingenieur wiederum mit der

Engineering- und Instandhaltungsdatenbasis arbeitet, kann er hier per

Mausklick die 3D-Ansicht der Anlagenkomponente und deren räumlichen

Kontext aufrufen.

Um die Produktivität zu steigern wird in Branchen wie der Öl- und

Gasindustrie und anderen Prozessindustrien versucht, manuelle Eingriffe

in den Anlagenbetrieb zu reduzieren und den unbemannten Anteil zu

erhöhen. Für Personal, das nur selten vor Ort ist, sind 3D-Ansichten der

Anlage hilfreich, um sich ein Bild von der Position einer Komponente und

ihren Anschlüssen zu machen. Dadurch können die Mitarbeiter Eingriffe

bereits vor dem Eintreffen vor Ort planen und vorbereiten.



Räumliche Ansicht von zwei Pumpen in COMOS Walkinside

Eine 3D-Ansicht erleichtert dem Betreiber die räumliche Visualisierung

eines Arbeitsortes, für den Arbeitserlaubnisscheine erforderlich sind, sowie

die Beurteilung von Risikofaktoren dieser Orte, etwa bei Vorhandensein

von Gefahrstoffen, heißen Oberflächen oder Interaktionen mit dem Prozess.

Wenn das Personal mit RFID-Chips ausgestattet ist, kann es in Notfällen in

einer 3D-Ansicht sofort geortet und an einen sicheren Ort geleitet werden.

2D-Prozessfließbild mit zwei Pumpen (cyanfarben)



COMOS Walkinside

Die Firma VRcontext, eine kürzlich von Siemens akquirierte, ehemalige GDF-Suez-Ausgründung, hat die Herausforderung angenommen, einen Viewer für besonders große 3D-Modelle, wie z.B. von Prozessanlagen zu entwickeln, der eine realistische Darstellung mit schneller Navigation für Nichtfachleute wie z. B. Betriebs- und Instandhaltungspersonal verbindet. Diese Performance erreicht COMOS Walkinside, indem es 3D-Modelle aus gängiger 3D-Engineeringssoftware in ein geeignetes Viewer-Format konvertiert. Es leistet u. a.:

• Realistische Visualisierung und Navigation in Modellen mit mehreren Millionen Objekten.

• Automatische Modellkonvertierung. Bereinigung der Modelle von temporären Engineeringobjekten kann automatisiert durchgeführt werden.

• Mithilfe des Software Development Kit (SDK) können Anwender oder Systemintegratoren Plug-ins für beliebige Anwendungen erstellen.

COMOS Walkinside umfasst u. a. folgende Anwendungen:

• Review von EPC-Designentwürfen gemeinsam mit dem oder durch den Anlagenbetreiber ohne komplexe 3D-CAD-Werkzeuge. Frühere Erkennung und Lösung von Problemen und somit schnellere Betriebsbereitschaft dank engerer Zusammenarbeit zwischen Anlagenbetreiber und EPC-Unternehmen.

• Immersives virtuelles Training für Betriebs- oder Instandhaltungspersonal mit Avataren, die Benutzern ein realitätsnahes Erleben der Anlage bieten. Dies bedeutet Zeitersparnis und Effektivitätssteigerung.

• 3D-Anzeige von Anlagen(-komponenten) im Rahmen von Anlagenmanagement- oder operativen Aufgaben. Hierzu bietet COMOS Walkinside Zugriff auf Daten für Engineering, Betrieb, Instandhaltung und Business Planung

Anwendungsbeispiel: Immersives Operator Training

Die sogenannte Immersion in einer virtuelle Umgebung (Virtual

Environment, VE) hat in vielen Ausprägungen in modernen

Trainingstechniken Einzug gehalten, weil sie nachweislich die Lernzeit

verkürzt und das

Erinnerungsvermögen stärkt. Im

Zusammenhang mit digital

erzeugten Bildern ist statt von VE

von Immersive Virtual Reality (IVE)

die Rede, wenn der Benutzer oder

Gamer den Avatar direkt steuern

kann und den Eindruck hat, selbst

Teil der Umgebung zu sein

(Bailenson 2008). Beim Training

von Operatoren und

Instandhaltungspersonal von

Industrieanlagen hat sich gezeigt,

dass wenn man ihnen 3D-

Simulationsumgebungen zur

Verfügung stellt, in denen sich die

Akteure “frei“ bewegen, auf ihrem

Weg Entscheidungen treffen und

mit Anlagenkomponenten

interagieren können, diese deutlich

effektiver und wirkungsvoller sind

als vorgeführte Filme.

Ein Global Player im Upstream

Sektor hat sich dazu entschieden,

seine Operatoren für ein neues

FPSO-Schiff (Floating Production

Storage and Offloading) zu schulen.

Diese Schiffe beherbergen sowohl

Förder- als auch

Verarbeitungstechnik für Rohöl und

dienen als Lager für die erzeugten

Kohlenwasserstoffprodukte. Der



Betreiber hat für Schulungszwecke den COMOS Walkinside Immersive

Training Simulator (ITS) eingesetzt.

Über einen Zeitraum von fünf Wochen "begingen" die Operatoren des

Schiffes täglich acht Stunden lang ein 3D-Grafikmodell, das detailliert und

farbgetreu genug war, um einen realen Eindruck zu vermitteln. Primäres

Lernziel war es, die Operatoren mit ihrer künftigen Arbeitsumgebung

vertraut zu machen: ihrem Arbeitsort an Bord, den verschiedenen

Standorten von Maschinen und Komponenten und den effizientesten

Möglichkeiten um dorthin zu gelangen. Sekundäres Lernziel war es, sie in

der Bedienung von Maschinen zu unterweisen und sie bestimmte

Standardarbeitsabläufe (Standard Operating Procedures, SOP) ausführen

zu lassen. Die Operatoren bekamen dabei echte SOP-Aufgaben, z. B. ein

Gerät an Deck zu lokalisieren, dahin zu gehen, seinen Status festzustellen

und entsprechende Maßnahmen durchzuführen. Beispiel: "Gehen Sie zu

Ventil V112, prüfen Sie die Ventilstellung und schließen Sie das Ventil". Bei

richtiger Ausführung der Aufgaben erhielten die Operatoren Punkte. Es

war auch möglich, ihnen bei falschen Maßnahmen Strafpunkte zuzuweisen.

Um ein positives Lernumfeld zu

schaffen, lag jedoch der

Schwerpunkt stärker auf einer

stimulierenden Lernumgebung als

auf der Bestrafung von Fehlern.

Alle Operatoren, die bereits vorher

PCs bedient hatten, waren nach

einer halbtägigen Einführung in

COMOS Walkinside in der Lage, das

FPSO-Schiff virtuell zu "begehen".

Die Operatoren nahmen das Tool

sehr gut an und bezeichneten die

Schulung als "praktisch" im

Gegensatz zu "theoretisch". Freilich

sind sowohl Theorie als auch Praxis

notwendig, um den Operatoren ein

vollständiges Bild von Inhalt und

Bedeutung ihrer Aufgaben zu

vermitteln.

Der Instruktor hat während dem Training jederzeit die Möglichkeit, den

Teilnehmern in Echtzeit über die Schulter zu schauen. Dabei erstellt er für

FPSO-Schiff (schwimmende Förder- und Lagereinheit)



die Operatoren Aufgaben, die durch Eingabeaufforderungen strukturiert

sind. Diese Struktur ermöglicht das selbständige, schrittweise Abarbeiten

einer Maßnahmenliste durch den Operator. In der Multi-User-Umgebung

kann der Instruktor Szenarien kreieren, die das koordinierte Handeln

mehrerer, jeweils durch Avatare dargestellter Operatoren, erfordern.

Der Betreiber sagte anschließend, dass sich das immersive Training im

Vergleich zu traditionellen Schulungen deutlich nachhaltiger auswirkt. Um

die Operatoren von FPSO-Schiffen einzuweisen, ist es üblich, sie für einige

Monate auf die Werft zu entsenden, in der das Schiff gebaut wird. Dies hat

den Nachteil, dass sich das Schiff und seine technischen Komponenten

noch im Bau befinden, sodass Letztere zum Teil fehlen können oder

unzugänglich sind oder dass zusätzliche, jedoch für die spätere Arbeit

irrelevante Einbauten vorhanden sind. In der Regel befinden sich die

Schiffswerften in anderen Teilen der Welt, sodass Reise- und

Aufenthaltskosten anfallen. Durch Einsatz des Immersive Training

Simulators konnte Trainingszeit eingespart und eine höhere Effektivität des

Trainings erreicht werden. Die Operatoren waren anschließend in höherem

Maße einsatzbereit als nach einer klassischen Schulung. Dies konnte sich z.

B. in Form einer höherer Auslastbarkeit und niedrigerer Fehlerfrequenz des

Operators mit den entsprechenden wirtschaftlichen und ökologischen

Folgen zeigen. Da in diesem Fall das betreffende FPSO-Schiff einen Monat

vor dem geplanten Zeitpunkt ausgeliefert wurde und die

Operatorschulung kürzer als üblich ausfiel, entstand keine Verzögerung bei

der Inbetriebnahme des Schiffs. Unter dem Strich standen somit eine

kürzere Time-to-Production und ein erhöhter Cashflow.

Empfehlungen

Basierend auf den für dieses White Paper durchgeführten Untersuchungen

empfiehlt die ARC Advisory Group Folgendes:

• Es sollten Risikoanalysen durchgeführt werden, die mechanische,

verfahrenstechnische und automatisierungsbedingte Risiken sowie

Risiken bei der Umsetzung von Anweisungen und richtigem Verhalten

betrachten. Schutzstufen sollten definiert werden, die Maßnahmen im

technischen Bereich, im Bereich menschlichen Verhaltens und der

Organisation beinhalten.



• Entscheidungen für Betrieb und Instandhaltung sollten auf aktuelle

Informationen gestützt werden; die Korrektheit dieser Informationen

sollte durch ein datenzentrisches IT-Konzept und geeignete Prozesse in

jenen Disziplinen sichergestellt werden, die auf der Basis von

Anlagendaten agieren.

• Betriebs- und Instandhaltungspersonal sollte in einer sicheren

virtuellen Umgebung trainiert werden, die auf aktuellen Anlagendaten

basiert. Diese Schulung sollte durch Prozesssimulationen und

automatisierungsrelevante Simulationen ergänzt werden.

• Der Einsatz von Benchmarks zur Messung des Exzellenzniveaus und

des Verbesserungspotenzials in den Bereichen Wartung, technische

Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit sollte institutionell verankert

werden.

Literaturverzeichnis

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Analyse: Valentijn de Leeuw, Florian Güldner

Herausgeber: David Humphrey

Erläuterungen der Akronyme Eine vollständige Liste einschlägiger Branchenakronyme finden Sie auf unserer Webseite www.arcweb.com/Research/IndustryTerms/

2D Zweidimensional 3D Dreidimensional AIM Asset Information Management APC Advanced Process Control EPC Engineering Procurement and

Construction, dtsch.: Ingenieurleistungen, Beschaffung und Bau; Bezeichnung für Unternehmen, die bes. im Anlagenbau die genannten Projektleistungen als Generalunternehmer erbringen

FPSO Floating Production Storage and Offloading; Schiffstyp, der in der Ölindustrie als schwimmende Produktions- und Lagereinheit dient

IT Informationstechnologie IVE Immersive Virtual Environment PC Personal Computer ROA Return on Assets (Kapitalrendite) RFID Radio Frequency Identification SOP Standard Operating Procedures

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