Digitalisierung in der Öl- und Gasindustrie Veränderungen ...€¦ · 2012 2016 2020 40.0 ZB =...

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Digitalisierung in der Öl- und Gasindustrie –

Veränderungen kraftvoll nutzen ÖGEW/DGMK Herbsttagung 2016 / 03. November 2016 / Stefan Engelshove

Frei verwendbar © Siemens AG 2015

November 2016 Siemens Oil&Gas / Stefan Engelshove

Agenda

Siemens – ein Partner in der Öl- und Gasindustrie 1

Veränderungen und Treiber 2

Digital Enterprice 3

Heute - Zukunftsvision 4

Anwendungsbeispiele 5

Zusammenfassung 6

Digitalisierung in der Öl- und Gasindustrie



Zukäufe stärken das Öl- und Gasgeschäft –

Portfolio über die gesamte Wertschöpfungskette

Onshore

Offshore

Bohrung Öl- und Gasproduktion Pipeline Liquefied Natural Gas (Flüssigerdgas)

Floating, Production, Storage and Offloading (Produktions- und Lagereinheit)

Tiefsee Bohrung

Siemens

Ehemals Rolls-Royce

Dresser-Rand



Agenda






Zusammenfassung 6




Wachsene und alternde Bevölkerung

Städte sind die zentralen Treiber

Klimawandel und extreme Wetterereignisse

Erhöhung der Investitionen im Ausland

Demografischer

Wandel

Urbanisierung

Klimawandel

Globalisierung

Fünf Megatrends werden unser Welt verändern –

Sie werden die Veränderungen beschleunigen

1 UN World Population Prospects (2015); 2 Met Office Hadley Centre observations (2014); 3 McKinsey Global Institute Cityscope (2011); 4 UNCTAD (2013); 5 Cisco: The Internet of Everything (2013); 6 IDC: The Digital Universe (2012)

Digitale Transformation

Beitrag zum globalen BIP Wachstum

2007-20253, in %

Auslandsdirektinvestitionen in %4

Welt population, in Mrd. Mittlere Jahrestemeratur

1950-20142 (in °C)

Angeschlossene Geräte5, in Mrd. -0,3

0

0,3

1950 1970 1990 2010

0.3

-0.3

0

2

4

6

1970 1976 1982 1988 1994 2000 2006 2012 2013 150k-2mn

Ändere Städte

und ländliche

Regionen

38%

Städte >10mn

5mn-10mn

2mn-5mn

50

239

2020 2016 2012

2.8 ZB 40.0

ZB ZB = Zettabytes = 109 Terabytes

Entwicklungs-

Länder

Industrie-

Länder

Extremer Wachstum der angeschlossenen Geräte und

der digitalen Daten6

6.10

9.00 0.83 1.92 0.16

2050

1.36 0.12 -0.01 0.00

2015

1.25

15-65

0-14

65+

Age



Ölpreis ist größtenteils auf den Angebotsüberhang zurückzuführen

Hohe Anforderungen an die Produktion beeinflussen die Kapitalkosten

Neue Risiken in der Investitionsplanung

Produktivitätsfortschritte gleichen nicht die Kosten aus

‒ Ölpreis bei $40/barrel

‒ Teilweise sinkende und

teilweise steigene

Ölnachfrage

‒ Wachsende Angebote

und Ölvorkommen

Aktuelle Veränderungen / Herausforderungen in der Oil&Gas Industrie

Es wird nur eine niedrige

Ölpreisstabilisierung /

Erholung erwartet.

Upstream

Kapitalkosten haben

sich in 10 Jahren

verdoppelt.

Produktionskosten

sind nicht nachhaltig

gesunken.



…

Quelle: »Kapitalismus, Sozialismus und Demokratie«, Schumpeter 1942

» Die schöpferische Zerstörung ist ein

Prozess der industriellen Mutation, der

unaufhörlich die Wirtschaftsstruktur von

innen heraus revolutioniert, unaufhörlich

die alte Struktur zerstört und

unaufhörlich eine neue schafft.«

Joseph Schumpeter

Ökonom und Politikwissenschaftler



Die Welt im Wandel –

Digitalisierung verändert nicht nur den Alltag der Menschen



Vorausschauende

Wartung

Digitale Bildgebung

und -analyse

Virtuelle

Inbetriebnahme

Dezentrale

Energieversorgung

Manuelle

Maschinen-

konfiguration

Zentrale

Großkraftwerke

Röntgenbilder

Feste Wartungs-

intervalle

Die Welt im Wandel –

Digitalisierung verändert auch die Wertschöpfung



Die Digitale Entwicklung

Wasser & Dampf

Elektrifizierung

Automatisierung

Digitalisierung

Die Digitalisierung

wird noch

definiert…

4 Industrielle

(r)Evolution 3 Industrielle

Revolution 2 Industrielle

Revolution 1 Industrielle

Revolution



Simulation

Neue Sensoren

Rechenleistung

Speicherkapazität

Datenanalyse

Konnektivität

Digitalisierung als nächste Stufe zu mehr Produktivität

Digitalization Automation

Electrification

Technologische Treiber

Diverse Initiativen, z.B.

• Industrie 4.0

• Industrial Internet

Consortium (IIC)

• Made in China 2025

• ...



Fünf wesentliche Treiber in der Öl&Gas Industrie

Realisierungs-

zeit

Flexibilität HSSE

• Lange Anlagenlebenszyklen mit stark fragmentierte Datenlandschaft

• Kontinuierliche, sichere und zuverlässige Betrieb

• Lieferanten müssen den Markt adressieren und den Produktlebenszyklus fokussieren

• Alterne Belegschaft und “digital natives” als nächste Generation gemeinsam verstehen

Ergebnisse

• Von der Idee zur

ersten Produktion (1st

Oil)

• Ramp-up der Anlage

• Vorhersagbarkeit

• Reaktivität

• Veränderungen in der

Energielandschaft

• Lebensdauer des

Feldes (EOR)

• Globalisierung

• Tech. Lebenszyklus

• Regeln und

Standards

• Gesundheit

• Sicherheit

• Umweltschutz

• Z.B. Erhöhung

Entölungsgrad

• Asset Effizienz und

Zuverlässigkeit

• Produktion und

Ressourceneffizenz

• CAPEX optimieren

• OPEX reduzieren

• Organisation und

Prozesse optimieren

• Standardisieren

Kosten



Agenda




Heute - Vision 4


Zusammenfassung 6




Digital Enterprise in der Prozess- und diskreten Industrie

Digital Enterprise

Prozessindustrie Diskrete Industrie

Produkt-

design

Produktions-

planung

Produktions-

engineering Produktion Services

Produkt-

design

Prozess-/ Anlagen-design

Engineering Produktion Services



Digital Enterprise in der Prozess- und diskreten Industrie

Digital Enterprise

Prozessindustrie Diskrete Industrie

Produkt-

design

Produktions-

planung

Produktions-

engineering Produktion Services

Produkt-

design

Prozess-/ Anlagen-design

Engineering Produktion Services

Product analysis starts in laboratory

Process design – P&ID Detailed engineering – electrics, DCS engineering, piping, 3D plant design…

Sensors: temperature, pressure, flow, weight, analytics, Actuators: pumps/agitators, valve positioners, heating/cooling

Hazardous/explosive environment

Product design and Production planning in CAD/CAE

Machine and Line Automation driven by mechatronic CAD/CAE

Sensors : proximity, encoders, position, motion… Actuators: hydraulics, servo-motors, linear drives



Brotkrümel Thema

Digital Enterprise für die Prozessindustrie

„from integrated Engineering to integrated operation“

Digital Enterprise für die Prozessindustrie Schwerpunkte

Integrated Engineering optimiert Konstruktion und Lebenszyklusmanagement …

… Integrated Operation verbessert Produktivität und Flexibilität

Cloud-gestützte Serviceleistungen u. Analyse

Nächste Generation der Automatisierung

Digitalisierung der Feldebene

zuverlässige Datenübertragung

Simulation

Durchgängiges Datenmodell

Integrierte Engineeringtools

Produktdesign Prozess -/Anlagendesign Engineering Produktion Services



Die Systemlandschaft in der Prozessindustrie

Digitalisierung (Beispiele)

Feldebene

Management u.

Unternehmens-

ebene

Bediener- u.

Steuerebene

ERP, SRM, SCM, CRM, EAM, …

virtuelle Inbetriebsetzung, Bedienerschulung und Simulation

Labor- automatisierung

Anlagenlebenszyklus-Datenverwaltung und Dokumentation

Molekulares Design

Spezifikation/ Rezepturverw.

Laborinfo- Mgmt. Sys. (LIMS)

Fernbetrieb

Instrumentierung und Antriebe / Aktoren

Ko

mm

un

ikati

on

P

rofib

us/ P

rofin

et

Instrumente mit integrierter Analytik

Steuerungen & HMI

MES

Fertigungsmgmt. Qualitätsbeauftr., LIMS

His

tori

an

APS

APC (Adv.

Process Control)

SIS (Safety instrum. system)

HMI DCS

PLC

Charge

Integriertes APC Betriebsmittelmgmt.

Enterprise Manufacturing Intelligence

Operational Efficiency

Asset Performance Mgmt. (Betriebsmittelmgmt.)

Automatisierung Engineering

Instrumentierung / Antrieb

Engin. u. Konfig.

Prozessgestaltung u. -simulation

Anlagengestaltung und Engineering

2D-Konstruktion

3D-Konstruktion

Big Data Services (öffentlich / privat)

CLOUD für die Industrie

Siemens Anlagen- analyse

Kunden- analyse

Drittanbieter- analyse

Produkt Design

Prozess -und Anlagendesign

Engineering Produktion Service



Siemens hat ein breites Angebot

Digitalisierung Siemens bietet detaillierte Struktur (Beispiele)

ERP, SRM, SCM, CRM, EAM, …

virtuelle Inbetriebsetzung, Bedienerschulung und Simulation

Labor- automatisierung

Anlagenlebenszyklus-Datenverwaltung und Dokumentation

Molekulares Design

Spezifikation/ Rezepturverw.

Laborinfo- Mgmt. Sys. (LIMS)

Fernbetrieb

Instrumentierung und Antriebe / Schaltantriebe

Ko

mm

un

ikati

on

P

rofib

us/ P

rofin

et

Instrumente mit integrierter Analytik

Steuerungen & HMI

MES

Fertigungsmgmt. Qualitätsbeauftr., LIMS

His

tori

an

APS

APC (Adv.

Process Control)

SIS (Safety instrum. system)

HMI DCS

PLC

Charge

Integriertes APC Betriebsmittelmgmt.

Enterprise Manufacturing Intelligence

Betriebliche Effizienz

Asset Performance Management (Betriebsmittelmanagement)

Automatisierung Engineering

Instrumentierung / Antrieb

Konstr. u. Konfig.

Prozessgestaltung u. -simulation

Anlagengestaltung und Engineering

2D-Konstruktion

3D-Konstruktion

Big Data Services (öffentlich / privat)

Siemens-CLOUD für die Industrie

Siemens Anlagen- analyse

Kunden- analyse

Drittanbieter- analyse

Interspec

Unilab

COMOS

SIMIT SIMATIC IT

XHQ

Anlagen-

analyseservice)

ProfiNet

SITRANS

PCS 7

SIMATIC RFID

PCS 7 / APC

Produkt Design

Prozess -und Anlagendesign

Engineering Produktion Service

Feldebene

Mgmt u.

Unternehmens-

ebene

Bediener

- u. Steuerebene



Agenda






Zusammenfassung 6




Integrated Engineering ist die Integration des gesamten Lebenszykluses

mit Hilfe eines durchgängigen Datenmodells

Integrated Engineering Heute und Zukunftsvision

Integrated Engineering

Heute

Vision

3D

2D Automatisierung

Simulation und 3D-Visualisierung ermöglichen u.a. Authoring, virtuelle Inbetriebnahme oder Bedienerschulungen und unterstützen die Wartung

Digitaler Zwilling der realen Anlage im aktuellen Zustand („as is“) Integration von Anlagen- und Prozessdaten auf der Basis eines gemeinsamen Datenmodells

Integrated Engineering über alle Gewerke hinweg; Engineeringtools verknüpft mit Automatisierungs und Feldgeräten, z.B. Instrumentierung und Analytik

Höheres Maß an Integration und Interoperabilität der Engineeringtools mit Automatisierungs- und Feldebene über alle Abläufe und Gewerke hinweg

Steigende Bedeutung der 3D-Anwendung und starke Kombination mit 2D; augmented Reality in der Anlage unterstützt Bedienpersonal

Offene Architekturen und Schnittstellen für neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit (Plattform zur Softwareintegration, kollaboratives Engineering)

Produktdesign Prozess -/ Anlagendesign Engineering Produktion Services



Ein durchgängiges Datenmodell wird über den Lebenszyklus hinweg

angereichert für Konsistenz in allen Disziplinen.

Integrated Engineering durchgängiges Datenmodell

Inbetriebnahme Detailengineering

Basic-Engineering

Moderni-sierung

Verfahrens-planung

Betrieb

• R&I • Elektrotechnik • Instrumentierung • Rohrleitungen • Automatisierung • …

• Bestandsunterlagen • KPIs und Meldungen • …

• Wartungsdaten (MRO)

• Anlagenhierarchie • Massen-/

Energiebilanz • Prozessflussdiagramm • Simulationsmodell • …

Durchgängiges Datenmodell über den Lebenszyklus zur Integration von Anlagen- und Prozessdaten

Produktdesign Prozess -/ Anlagendesign Engineering Produktion Services



Produktdesign Prozess -und Anlagengestaltung

Konstruktion/ Inbetriebsetzung

Betrieb Service

Integrierte Daten aus allen Ebenen unterstützen Entscheidungen, optimieren

Produktivität und ermöglichen neue Steuerungskonzepte

Integrated Operation Heute und Zukunftsvision

Integrated Operation

Heute

• Höhere Produktivität und Unterstützung

von Entscheidungen durch mehr

Transparenz, Analytik und Services

• Hochentwickelte Steuerung mit

Skalierbarkeit, Fernzugriff, Interoperabilität

mit COMOS und bewährter Sicherheit

• Einfache Integration der Feldebene

(Bibliotheken, Konnektivität)

und höhere Intelligenz

• Zuverlässige Datenverbindung als

Rückgrat der Integration sowie für

Fernbetrieb und -services

Vision

• Optimierung durch (cloud-gestützte)

Echtzeitdatenanalyse, hochentwickelte

Tools / Services und Simulation

• Modularisierung und Virtualisierung

über skalierbare Steuerungen, optimierte

Interoperabilität und offene Schnittstellen

• Digitalisierung der Feldebene mit

vollständiger und einfacher Integration

(„Plug&Produce“), eingebettete Intelligenz

• Vollständige Interoperabilität und

erweiterter Fernbetrieb- und services

durch nahtlose Konnektivität

Dig

itale

r Zw

illing

Ko

mm

un

ika

tion

Technologie: Hardware Software

App(likation) Daten-

services

Cloud



Von Daten … … zum Mehrwert

Sichere

Datenhaltung

und -übermittlung

Cyber-Security

verbessern

Energieverbrauch

optimieren

Visualisierung und

Empfehlungen Verfügbarkeit von

Komponenten erhöhen

Prozess-Effizienz maximieren Datenerhebung

Datenanalyse und

Simulation

Neue Werte aus vorhandenen Daten extrahieren



Agenda






Zusammenfassung 6




Bereits heute setzen Kunden auf Digitalisierung,

um die zentralen Herausforderungen ihrer Branchen zu meistern

Digitalisierung in der Prozessindustrie Kundenbeispiele

Heute: • Unterschiedliche, unab-

hängige Upstream-

Technologien (Plattform,

FPSO, SSM),

Herausfor-derungen:

• Management einer fortlaufenden, autonomen

Automatisierung in der Tiefsee

• Zentrale VOF-Steuerung basierend auf

wirtschaftliche Vorgaben

Vision: • Autonome Unterwasser-

module weltweit verteilt,

kombiniert zu einem

virtuellen Öl-/Gas-Feld

• Zentrale Leistungs-

überwachung

• Wartung über zentrale Fernsteuerzentralen

Pharma

Personalisierte Medizin

Öl und Gas

Virtuelles globales Ölfeld (VOF)

Heute: • Generika, Fertigung in

großer Stückzahl

Herausfor-derungen:

• Standardisierte Module für die dezentrale Produktion

• Flexible Automatisierung und zentrale

Rezeptverwaltung

• Sensor-/Aktortechnologien

(d.h. verfügbare Mikrotechnologie)

Vision: • kleine, personalisierte

Mengen an Medikamenten

(Chargen)

• Einwegverpackung (z.B.

Infusionsbeutel)

VOF: Virtual global Oil Field



Zero emissions ~ 20% lower CAPEX

and OPEX

~ 70% shorter

installation and

commissioning time

Siemens Solutions for Oil & Gas

Example: Modular Production Facility for Oil (MPFO)

Project: Schwarzbach

• Customer: Tulip Oil BV

• Operator: Rhein Petroleum

• Location: Germany Rheingraben

• Next Step: Design enhancement for Middle East operations

Siemens scope

• Portfolio: COMOS, SIMIT, Simatic PCS 7 Control and Safety systems,

field instruments, electrical systems, industrial communication and

oil production processing modules

It takes Ingenuity

to break the cost

– time – quality

compromise and

produce first Oil

in less than a year

Customer challenge

• Reduce conventional onshore facility CAPEX and OPEX

• Shorten engineering and installation times to less than a year

• Modular building blocks to scale production capability

• Maximize production with a minimum operational team

and leverage supplier key expertise

• Compliance with regulations and zero emissions

Siemens digital solution

• Fully integrated solution and engineering from FEED

to production including simulation based process optimization

• Digitalized maintenance, repair and overhaul with COMOS-MRO

• Remote operations based on real time data and equipment condition

monitoring ensuring highest productivity

• Remote Expert support



Stringent Security

Requirements for

distributed

operations

~30 % savings

keeping manpower

onshore

Real time safety

and environmental

monitoring

Siemens Digital Oil & Gas Solutions

Example: Remote Operations of an offshore platform

Customer challenge

• Operating offshore production platform in a harsh environment

and remote location

• Maximize production with a minimum offshore operational team

and leverage onshore key expertise

• Use of condition monitoring to ensure asset uptime

and efficient maintenance campaigns


• Installation of an onshore operations center for remote operations

• Fully integrated Electrical, Automation and Digital solution

• Advanced condition monitoring of critical equipments

• Expert support based on real time big data and analytics

• Lifecycle process simulation and training software enabling training

in safe environment and shortening commissioning time

Project: Ivar Aasen

• Customer: SMOE

• Operator: Det norske

• Location: North Sea, Norwegian Continental Shelf

Siemens scope

• Digital solution: Integrated EICT solution, main onshore operation center,

digital Framework for Safe and Secure on-/offshore operations

• Portfolio: SIMIT, Simatic PCS 7, XHQ, PIMAQ, Control and Safety

systems, field instruments, electrical distribution and telecommunication

It takes Ingenuity

to operate an

offshore oil

platform safely

in real time

from onshore



Consistent asset

uptime increase

Reduced logistics

and maintenance

costs

Optimal use of

competence and

resources

Siemens Digital Oil & Gas Solutions Operations Intelligence

Example: Rotating Equipment Monitoring

Customer challenge

• Optimize and streamline maintenance activities on 200 sites worldwide

• Leverage key expertise globally

• Improve critical rotating equipment safety and reliability to ensure asset uptime

• Use of condition monitoring for efficient maintenance campaigns


• Deployment of global Operations Intelligence solution on 200 sites

• Extended equipment health monitoring, diagnostics and support

• Descriptive analytics (summary of equipment condition state)

• Predictive analytics (equipment anomalies/early warning failure)

• Prescriptive analytics(decision support: what can/should we do) into a holistic

asset performance management solution

Project: XHQ Operations Intelligence

• Customer: Large Oil & Gas Company

• Operator: Upstream Operations

• Location: US – Worldwide

Siemens scope

• Digital solution: Worldwide Operations Intelligence of rotating machinery

and equipments with XHQ Software & Applications

• Portfolio: XHQ Software, rotating equipment e.g. gas turbines, generators,

compressors, pumps and motors

Ingenuity is

making

empowered

decisions for

critical equipment

and assets



Agenda






Zusammenfassung 6




Domain know-how und die Expertise in Kombination mit der Betriebstechnik

und der Informationstechnik

00110101001110010011010010110110101001010100111000101110110010101001001001001

00110101001110010011010010110110101001010100111000101110110010101001001001001

00110101001110010011010010110110101001010100111000101110110010101001001001001 Domain

Know-how

Equipment and

Applications

Analytics

Know-how

Mehrwert

Realisierungs-

zeit

Flexibilität HSSE Ergebnisse Kosten

=



Zusammenfassung

Zukünftige

Herausforderungen in der Öl-

und Gasindustrie

• Verkürzung der

Realisierungszeiten

time to market

• Erhöhung der

Flexibilisierung /

Standardisierung

• Optimierung der

Produktivität

• Energieeffizienz

• Kontinuierliche

Verbesserung des

Umweltschutzes und der

Sicherheit

DIGITALISIERUNG Veränderungen

• Horizontal integration

• Vertical integration

• Integrated Engineering ..

Integrated Operation entlang

des Life-Cycles

• Cyber Physical Systems (CPS)

• Big Data to small Data

• Integration von Algorithmen

• Design individueller Workflows

• Neue Berufsfelder /

Aufgabengebiete (Analytic)

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