Der jeweilige Teilsystemlieferant hat einen hohen Abstimmungsaufwand mit vielen Monitoring- und Kontrollsystemherstellern, um eine plausible und normenkonforme Visualisierung der Komponentenfunktion zu gewährleisten. Hierzu hat Wago zusammen mit der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg und der Technischen Universität Dresden das Konzept DIMA – dezentrale Intelligenz für modulare Anlagen – für die Verfahrenstechnik erarbeitet. Das Konzept ließe sich laut Norman Südekum auch auf dem Schiff durch dezentrale Automation in den Teilsystemen und einer Software-Schnittstelle mit hohem Abstraktionsgrad, die Teilsysteme als Dienst ansieht, implementieren. Über das Leitsystem als neue Prozessführungsebene kann nun jeder Dienst – ob Klimaanlage oder Hauptmaschine – gestartet, gestoppt oder parametriert werden. Die Normierung eines Standards würde für Herstellerunabhängigkeit sorgen. Kernstück der Methode ist das Module Type Package (MTP) für Dienste und Informationen. Es beschreibt die Standardisierung der Kommunikation zwischen Systemen und Leitebene mittels OPC-UA. Bei Versuchen an einer Modellanlage war die Inbetriebnahme der Anlage innerhalb von nur zweieinhalb Minuten möglich. Bei herkömmlichen Inbetriebnahmen hätte allein die Anpassung des Leitsystems mehrere Arbeitstage gedauert.

App MTU Go!Manage, Bild: Rolls-Royce Power Systems
Apps wie MTU Go!Manage und MTU-Go!Act ermöglichen die Datenanalyse angeschlossener Anlagen zur Wartungsoptimierung und Vorhersage von möglichen Störungen. Bild: Rolls-Royce Power Systems

Beim VDMA Arbeitskreis „MTP im Schiffbau“ arbeiten die führenden Hersteller der Schiffsautomationstechnik zusammen mit Maschinenbauern, Systemintegratoren und Experten der Schiffswerften und Hochschulen. Mit diesem Ansatz wird maximale Akzeptanz der erarbeiteten Standards erreicht, da die konkreten Vorteile für alle Stufen der Wertschöpfungskette von Anfang an Teil des Vorhabens sind. Im Rahmen des VDMA-Einheitsblattes soll die derzeit für die Verfahrenstechnik entstehende Norm VDI/VDE-Norm 2658 auf die Bedürfnisse von Werften und Schiffstechnik-Zulieferern angepasst werden.

Die Ausfallsicherheit überwachen

Wartungsarbeiten per (AR), Bild: TUHH
Wartungsarbeiten auf Schiffen sollen durch die Entwicklung eines Augmented-Reality(AR)-gestützten Service-Dokuments vereinfacht werden. Das Forschungsprojekt WASSER (siehe Kasten) wird vom BMWi mit 1,3 Millionen Euro gefördert. Bild: TUHH

Neben Integration bietet der Service von Komponenten großes Einsparungspotenzial. „Werden erst nach einem Maschinenausfall die Servicetechniker gerufen, sind hohe Kosten wegen Stillstands unausweichlich. Gerade bei Hafenanlagen und Schiffen darf so etwas nicht passieren. Deshalb gibt es seit langem Konzepte, Verschleiß-teile zu überwachen und möglichst frühzeitig durch geeignete Maßnahmen einen Ausfall der Anlage zu vermeiden“, sagt Wilfried Braun, Branchenmanager Maritim bei Systemanbieter Rittal. Wichtig ist neben der Datenerhebung auch die umfangreiche Diagnose der Betriebsdaten. Kühlgeräte und Chiller der Rittal-Serie Blue e+ können dank eines neuen Com-Moduls mit beliebigen übergeordneten Systemen kommunizieren. Im Zusammenspiel mit cloudbasierten IoT-Systemen wie dem Siemens MindSphere können damit eine vorausschauende Wartung, Energiedaten-Management oder Ressourcenoptimierung ebenso realisiert werden wie die Routenoptimierung bei Anlagen mit einer hohen Anzahl installierter Geräte. Auch neue Geschäftsmodelle wie etwa Smart Maintenance Contracts sind möglich, da mit einer cloudbasierten Data-Analytics-Anwendung eine hohe Ausfallsicherheit erreicht werden kann.

5 Tipps für Ihren Digitalisierungs-Spickzettel

Die Durchlaufzeiten ganzheitlich reduzieren

„Mit der Digitalisierung als ein unterstützendes Werkzeug können, gerade im Schiffbau, viele Informationen zu Prozessen gesammelt werden und mit der Vernetzung und Analyse bessere Prozesse im Unternehmen etabliert werden“, so Michael Küpper, Leiter des Bereichs IBM Watson IoT SCM-PLM bei IBM Global Business Services. Ein Ansatz hierbei ist eine modulare Arbeitsweise mit Systemkomponenten für Einzelschiffe oder Serien, die in verschiedenen großen Werften entstehen. Die meisten Daten für den Schiffbau liegen bereits digital vor und Produktionsanlagen wie Laserzentrum sind hochautomatisiert. Die Schweißvorbereitung mit Positionierung über Kameras, der Schweißvorgang und die Schweißnahtüberprüfung erfolgen vollautomatisch. Skalierbare IT-Programme können dabei genützt werden, um den Materialfluss zu digitalisieren, die optimale Ausnutzung weiterer Fertigungsressourcen wie beispielsweise Kräne zu unterstützen und den Bau über alle Phasen hin zu überwachen, damit Bauzeiten von etwa 15 Monaten eingehalten werden können.

„Durch die Erarbeitung einer ganzheitlichen Supply-Chain-Strategie über alle Prozess-Schritte, vom Lieferanten bis zum Einbau im Schiff, können Durchlaufzeiten reduziert werden und die Reaktion auf kurzfristige Änderungen wird deutlich verbessert“, so Michael Küpper. Das Auslesen von Sensorwerten und deren Anzeige zusammen mit Statusinformationen zu einzelnen Prozessschritten, beispielsweise auf mobilen Geräten, oder die Aufnahme von Bildern zur Durchführung von Qualitätskontrollen ermöglichen eine weitere Optimierung etablierter Prozesse. Auch die frühzeitige Einbindung von Systemlieferanten hilft den Werften, kurzfristige Kundenvorgaben zu bewerten und zu planen. Denn gerade bei Kreuzfahrtschiffen oder Passagierfähren ist der Bedarf an neuen digitalen Angeboten enorm. Kommen etwa Online-Bezahlsysteme über Wearables, Gepäck-Tracking per RFID-Chips und W-LAN oder auch Multimedia-Systeme in jeder Kabine dazu, können schnell neue Komponenten für das Bordnetzwerk notwendig werden, die es nahtlos zu integrieren gilt. Aber auch die Antriebssysteme werden auf Digitalisierung ausgelegt. Bei Reintjes sieht man die Zustandsüberwachung von Ölstand, Vibration oder Temperatur bei Schiffsgetrieben als wichtigen Baustein der Digitalisierung, um Schiffe frühzeitig informieren zu können. Das Abgreifen der Daten und die Handhabung der rechtlichen Komponente stellt dabei noch eine Herausforderung dar. Der Einsatz von 3D-Druck sowie Sensortechnologien wird in Forschungsprojekten untersucht, an denen jedoch keine Kunden von Reintjes oder Werften beteiligt sind. Ein besonders wichtiger Faktor bei der Digitalisierung ist geeignetes Fachpersonal, das bei Aufgaben zu Datenübertragung und Datenhoheit technisch und rechtlich fit für Industrie 4.0 ist.

Schiffbau

Zum Kerngeschäft deutscher Werften gehören Kreuzfahrtschiffe, Yachten, Marienschiffe und Forschungsschiffe, während die großen Frachter und Containerschiffe meist in Asien gebaut werden. Dazu kommen Offshore-Windparks und Offshore-Bohrinseln. Vibration, Salzwasser, Temperaturschwankungen – in wenigen Branchen sind die Anforderungen an Komponenten und Systeme so hoch wie hier.

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Vorrausschauend Empfehlungen geben

Für Rolls-Royce Power Systems ist neben der vorrausschauenden Wartung auch der sogenannte Operator Advice ein wichtiger Trend. Hierbei werden Empfehlungen für einen höchst wartungsarmen Betrieb der Schiffsanlage gegeben, um mögliche Ausfälle schon vorab zu vermeiden. Aktuell lassen sich über die Apps MTU Go!Manage und MTU-Go!Act angeschlossene Anlagen analysieren. Die App MTU Go! Act für Smartphones benachrichtigt die Kunden über auftretende Fehler an den angebundenen Anlagen und unterstützt bei der Verifizierung und Behebung. Außerdem können die Fehler und alle dazugehörigen Informationen an Einsatzleiter und Team gemeldet werden. Vorausschauendes wird auch mit dem Virtual Reality (VR)-Raum gearbeitet.

Durch die neue Technologie können Motoren, Maschinenräume, Arbeitsabläufe brillanter und plastischer dreidimensional dargestellt werden. „Die VR-Technologie hilft uns, dem Kunden die Stärken unserer Produkte zu veranschaulichen und ihm komplexe, technische Details zu erklären. Gleichzeitig verbessern wir damit die Qualität von Abläufen und Produkten“, betont Matthias Schräder, Virtual Reality-Experte bei Rolls-Royce Power Systems. Mit VR können unter anderem sämtliche Motorbaureihen dargestellt werden, ebenso Systeme, Werkshallen und eingebaute Anlagen beim Kunden. In der Schifffahrt wird VR etwa für Bauraum- und Kollisionsuntersuchungen genutzt. Beispielsweise um zu veranschaulichen, wie der Motor in dem begrenzten Schiffraum am besten eingebaut werden muss, oder wie ein bestimmtes Motorteil optimal ausgebaut. werden kann. Im Gegensatz zu normalen CAD-Computern lassen sich virtuelle Mensch-Modelle in VR sehr naturgetreu darstellen, wodurch die optimale Einbauposition ersichtlich ist.

Digitalsierung und zukünftige Wettbewerbsfähigkeit

Mit der VR-Technologie, Bild: Rolls-Royce Power Systems
Mit der VR-Technologie lässt sich ein Motor plastischer dreidimensional darstellen und dessen Einbauposition im Schiff optimal ermitteln. Bild: Rolls-Royce Power Systems

Ganz und gar nicht virtuell ist eine neue Herausforderung für den deutschen Schiffsbau: Erst kürzlich setzte China den Bau von hochwertigen Spezialschiffen auf die Liste der zehn strategischen Ziele. Das erhöht den Druck auf die deutsche Branche, deren Aufträge zunehmend von ausländischen Reedereien kommen. Noch sichert sich die Branche einen Wettbewerbsvorteil über den hohen Spezialisierungsgrad und die komplexe Erfahrung. Die weitere Digitalisierung und Erhöhung der Informationstransparenz über die gesamte Wertschöpfungskette bietet jedoch möglicherweise die einzige Chance, auch zukünftig Großaufträge zu sichern. aru

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