Digitalisierung auf neuem Niveau

Nach erfolgreicher Modernisierung stellt eine 23 Jahre alte Kartonmaschine im Stora Enso-Werk Skoghall in Westschweden hochmoderne, leichte und langlebige Verpackungen für Flüssigkeiten her – auf einem bisher unerreichten Produktionsniveau. Ein umfassendes Digitalisierungskonzept macht's möglich.

Ob Milch, Saft, Suppe, Joghurt oder auch Non-Food-Produkte wie Flüssigwaschmittel und Weichspüler: Verpackungskartons für Flüssigkeiten müssen leicht, strapazierfähig und lebensmittelecht sein. So einfach das auch klingen mag – um Karton kosteneffizient herzustellen, der all diesen Anforderungen gerecht wird, braucht es viel Innovation, Know-how und moderne Maschinen. Eine dieser Maschinen befindet sich im Stora Enso-Werk Skoghall in Westschweden. Dort betreibt das schwedisch-finnische Unternehmen die sogenannte Kartongmaskin 8, oder kurz: KM8.

Mehr Geschwindigkeit und Flexibilität

Die KM8 ist seit 1996 in Betrieb. Trotz ihres Alters kann sie sich gegen jede Neuinstallation behaupten. Zwei Dinge machten es möglich, zeitgemäße High-Tech-Verpackungen für Flüssigprodukte herzustellen: Zum einen wurden durch den OEM kontinuierlich kleinere mechanische Verbesserungen umgesetzt; zum anderen begannen Siemens und Stora Enso 2017 mit der umfassenden Modernisierung der Antriebs- und Automatisierungssysteme.

 

Die Zeit für Veränderungen war gekommen, weil Antriebs- und Automatisierungssystem zu Leistungseinbußen führten und einer Reihe von Teilen die Überalterung drohte. Umfangreiche Verbesserungen an Automatisierungssoftware und Antriebssystemen waren daher unerlässlich – auch um weiterhin höchste Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Im Zuge des Re-Engineering wurde ein hohes Digitalisierungsniveau mit modernsten Technologien realisiert und so die Maschine fit gemacht für die Zukunft. Dies wiederum führt zu mehr Geschwindigkeit und Flexibilität der KM8 und bietet nicht zuletzt auch die Möglichkeit, innovative Produkte herzustellen.

Dabei gibt man sich bei Stora Enso nicht mit dem Normalen zufrieden. „Wir haben schnell erkannt, dass wir bei der Modernisierung der KM8 über den derzeitigen technologischen Tellerrand hinausschauen sollten. Wir haben uns dafür entschieden, in eine bewährte, zukunftssichere Plattform zu investieren, die mit der kommenden Digitalisierungswelle entsprechend weiterentwickelt werden kann“, erläutert Åke Ånesjö, Abteilungsleiter für Automatisierung im Skoghall-Werk.

 

Herzstück dieser Plattform ist ein funktionales, speziell auf die Zellstoff- und Papierindustrie zugeschnittenes Steuerungskonzept, das auf dem Prozessleitsystem Simatic PCS 7 und dem Softwarestandard Sipaper Drives APL basiert. Die jüngste Modifikation der KM8 hebt die Digitalisierung auf ein neues Niveau, darunter neue, selbstoptimierende und autonome Eigenschaften sowie digitale Engineering- und Simulationsfunktionen.

Die nächste Digitalisierungswelle

Eine Installation wie die KM8 umfasst Hunderte von Prozessschleifen. Eine Verbesserung in einem Bereich wirkt sich immer auch auf andere Bereiche aus. „Alle Prozessschleifen zu berücksichtigen und anzupassen, die von einer Änderung betroffenen sind – das wäre unmöglich“, erklärt Engelbert Schrapp, Siemens Principal Corporate Account Manager für Stora Enso. „Unmöglich für Menschen“, korrigiert er. Die neue Control Performance Analytics (CPA ) App, die Siemens im Herbst 2018 installierte, ist dazu in der Lage.

 

Basierend auf MindSphere, dem cloudbasierten, offenen IoT-Betriebssystem von Siemens, analysiert CPA Daten, die in einzelnen Prozessschleifen erzeugt werden, und generiert Verbesserungsvorschläge. Die langfristige Erfassung und Auswertung von Steuerungsdaten gibt Aufschluss darüber, an welchen Stellen die Leistung weiter verbessert werden kann. In Bezug auf die KM8 bedeutete das eine Steigerung bei Durchsatz und Produktqualität. Darüber hinaus ist ein geringerer Ressourceneinsatz erforderlich, und die Lebensdauer der Ausrüstung wurde maximiert.

„Wie eine Kristallkugel“

Die KM8 war auch Gegenstand eines Pilotprojekts zum Aufbau einer offenen IoT-Ecosystem-Plattform. Ein Anwendungsfall ist die Prognose kritischer Probleme, um Produktionsausfälle abwenden zu können. Normalerweise werden hunderte von Alarmen und Ereignismeldungen pro Minute ausgegeben. Die Herausforderung besteht darin, diese zu filtern, was jahrelange Erfahrung erfordert. Dabei können Fehler auftreten, die häufig zu Ausfallzeiten führen. Process Event Prediction – ebenfalls Teil der MindSphere – prognostiziert solche Ereignisse mit Hilfe von Algorithmen. „Für eine Fertigungsanlage ist das wie eine Kristallkugel“, sagt Schrapp. Wenn ein Ereignis prognostiziert wird, erhält der Bediener auch Vorgaben, welche Maßnahmen zu ergreifen sind. „Auf diese Weise kann ein Ereignis oder ein Alarm nicht übersehen werden. Das Risiko für ungeplante Ausfallzeiten sinkt erheblich“, fährt er fort.

Wir haben schnell erkannt, dass wir bei der Modernisierung der KM8 über den derzeitigen technologischen Tellerrand hinausschauen sollten.
Åke Ånesjö, Abteilungsleiter für Automatisierung bei Stora Enso, Skoghall Mill

So komplex die Lösungen auch sein mögen, das Hauptaugenmerk lag schon immer auf der Anwenderfreundlichkeit. „Wir setzen uns nicht nur damit auseinander, was eine Technologie leisten kann, sondern auch damit, wie ein einfaches Bedienkonzept aussehen kann“, betont Choy-Hsien Lin, Digitalization Manager bei Stora Enso in der Skoghall Mill. Die Endanwender im Skoghall-Werk – die Bediener selbst – reagierten positiv auf die neuen Lösungen. Das liegt auch daran, dass sie im Rahmen des Ecosystem-Ansatzes sowohl an der Gestaltung der Benutzeroberfläche wie auch an der Entwicklung der Prozesstechnologie mitgewirkt haben.

Teamwork und Tools

Dieser offene Ecosystem-Ansatz brachte drei Unternehmen zusammen – Siemens, Stora Enso und Atos. Damit deckte das Projektteam eine große Bandbreite an Fähigkeiten und Know-how ab. So konnte mit vereintem Fachwissen das gemeinsame Ziel erreicht werden.

 

Um starke digitale Lösungen für die Zellstoff- und Papierindustrie anbieten zu können, setzt Siemens auf ebenso starke digitale Engineering-Tools. Die Lifecycle Management-Software Comos trägt zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit bei, indem sie Entwicklungsprozesse beschleunigt sowie die Prozesseffizienz steigert und optimiert – und zwar über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Die Simit-Plattform ermöglicht eine umfassende Simulation von Automatisierungsanwendungen und bietet den Bedienern eine realistische Trainingsumgebung, schon vor dem eigentlichen Start. Besonders dank Simit gelang die Wiederinbetriebnahme der KM8 nach erfolgreicher Modernisierung spielend leicht. Schon im ersten Monat brach Stora Enso frühere Produktionsrekorde. Dabei ist zu beachten, dass die Produktionszahlen im ersten Monat nach Modernisierungen normalerweise aufgrund von Anlaufschwierigkeiten etwas niedriger ausfallen als üblich. Mit diesen und vielen anderen digitalen Tools hat Siemens dazu beigetragen, die KM8 zu einem digitalen Flaggschiff der Zellstoff- und Papierindustrie zu machen.

Die Zukunft ist autonom

Wie geht es weiter mit der KM8? Die Digitalisierung werde fortgesetzt, versichert Åke Ånesjö. Die existierenden Lösungen – sowie Tausende von Maschinen-Signalen, die jede Sekunde generiert und gesammelt werden – bereiten schon den Weg für die nächste Digitalisierungswelle. Ziel ist die autonome Fabrik, wie es in der Siemens Digital Fiber Vision definiert ist.

 

Zu den Technologien der Zukunft gehört ein digitaler Zwilling, an dem neue Methoden und Verfahren getestet werden können, bevor sie auf der realen Maschine implementiert werden, oder auch die Implementierung künstlicher Intelligenz (KI). Bei Stora Enso hat man jedoch keine Angst, dass KI die KM8 komplett übernehmen wird: „Nur der Bediener hat den Weitblick, die Kreativität, die Flexibilität und die Erfahrung, KI kann das nicht ersetzen“, ist sich Choy Hsien Lin sicher. Und doch könnte KI künftig dazu beitragen, dass Stora Enso noch modernere Verpackungskartons für Flüssigkeiten aller Art entwickelt.

15.03.2019

Alexander Chavez

 

Stora Enso ist ein auf erneuerbare Rohstoffe spezialisiertes Unternehmen, das Lösungen auf Basis von Holz und Biomasse für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen weltweit entwickelt und produziert. Bei Stora Enso geht man davon aus, dass alles, was heute aus fossilen Materialien erzeugt wird, künftig aus einem Baum hergestellt werden kann. Die Stora Enso Gruppe beschäftigt rund 26 000 Mitarbeiter in mehr als 30 Ländern.

 

Skoghall Mill in Westschweden ist ein weltweit führender Hersteller von Kartons für anspruchsvolle Verbraucherverpackungs- und Druckzwecke, einschließlich Verpackungen für Flüssigkeiten und Trockennahrungsmittel.

 

Jahreskapazität: 855 000 Tonnen (Karton), 645 000 Tonnen (Zellstoff)

Anzahl der Beschäftigten: 770

Gegründet: 1917

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