Wie Voith durch Digitalisierung die Papierherstellung besser und effizienter macht
Längst ist die Digitalisierung elementarer Bestandteil im Maschinen- und Anlagenbau. Voith liefert dafür beste Beispiele. Ob bei bestehenden oder neuen Papiermaschinen, „unser digitales Plattform-Konzept stabilisiert und optimiert Prozesse, senkt die Kosten und erhöht die Qualität“, sagt Dr. Matthias Schmitt, Head of Optimization Solutions bei Voith Digital Solutions.
Industrie 4.0 oder das Internet der Dinge sind in aller Munde. Die Maschinen- und Arbeitswelt wird digital. Schnelle und hoch verfügbare Internetverbindungen sind die Voraussetzungen dafür, digitale Prozesshelfer systematisch in die Wertschöpfungskette zu integrieren. Voith ist mit seiner Digitalisierungsstrategie schon einen deutlichen Schritt weiter. Konsequent hat sich der Maschinen- und Anlagenbauer in den letzten Jahren darauf konzentriert, ein Produktsystemportfolio für seine Kernbranchen zu entwickeln. Gebündelt wird dieses Knowhow nun branchenübergreifend in dem neuen Konzernbereich Voith Digital Solutions.
Papermaking 4.0 – die Revolution in der Papierindustrie
Eine dieser Kernbranchen ist die Papierherstellung. Seit rund 150 Jahren baut Voith Papiermaschinen und revolutionierte durch zahlreiche Entwicklungen den Herstellungsprozess von grafischen Papieren, Zeitungspapier, Verpackungspapieren oder Spezialpapieren wie Geldscheine oder Etikettenträgerpapier. Mit „Papermaking 4.0“ bezeichnet Schmitt die nächste Revolution von Voith für die Papierindustrie. „Wir möchten nichts Geringeres, als die modernen, sich dynamisch entwickelnden Informationstechnologien mit bestehender Automation zu Lösungen integrieren und in die Papierindustrie einführen.“
Die Verfügbarkeit des schnellen Internets und hohe, preisgünstige Rechenleistungen verhelfen neuen Automatisierungstools von Voith zum entscheidenden Durchbruch. „Sensoren, Aktuatoren und vernetzte, datenbasierte Regelungen in Clouds bilden die neue technologische Basis. Das wesentlich Neue ist, dass wir die Cyber-Welt mit der physikalischen Welt des Anlagenbaus und seinen Maschinenkomponenten zu papierspezifischen Indikatoren für die Führung der Herstellungsprozesse intelligent nutzen können. Dabei spielt die Geschwindigkeit und Zugänglichkeit zu schneller Datenverarbeitung eine entscheidende Rolle.“
Eigene Digitalisierungsplattform – Voith ComCore
Und der weltweit führende Hersteller von Papiermaschinen verbindet mit diesem technologischen Quantensprung ein klares Ziel: „Es geht uns um die Sicherstellung der Effizienz über die gesamte Anlage. Die Verfügbarkeit von teuren Produktionsanlagen erhöhen wir mit unserer Digitalisierungsplattform konstant auf über 90 Prozent.“
Die Digitalisierungsplattform von Voith hat einen Namen: Voith ComCore. Dahinter verbergen sich eine ganze Reihe von digitalen Assistenz-, Mess- und Regelsystemen, die in den Produktfamilien OnEfficiency und OnCare zusammengeschlossen sind. Diese zielen darauf ab, eine hohe Zuverlässigkeit von Prozessen und die Anlagenverfügbarkeit sicherzustellen. Allen gemein ist ein funktionales Grundprinzip: Visualisieren, stabilisieren, optimieren.
Indem kleinste Prozessveränderungen datenbasiert schneller vorhergesagt und deren Auswirkungen erfasst werden, können die jeweils optimalen Eingriffe in einzelne Sektionen der Papierherstellung stabil realisiert werden. „So erkennen wir beispielsweise Muster eines Abrisses in der Trockenpartie. Über die Mustererkennungen können wir digital das Verhalten verändern.“
Konstante Blattbildung wird digital sichergestellt
Für Papiermacher besteht kein Zweifel, dass die Blattbildung eines der hoch komplexen Prozessschritte bei der Herstellung ist. Acht Aktuatoren bewirken zeitgleich die Homogenität des nassen Blattes. Hier haben sowohl menschliche, wie maschinenbauliche und Rohstoffeinflüsse entscheidende Auswirkungen auf das Resultat des Herstellungsprozesses.
Dass Menschen Fehler machen ist nicht auszuschließen. „Typische Verhaltensmuster einzelner Bediener können digital nachvollzogen und entsprechend korrigiert werden.“
Im Februar 2016 installierte Voith an einer Kartonmaschine eine derartige digitale Lösung und erzielte gleich eine ganze Reihe von Verbesserungen. So regelt und überwacht das Assistenzsystem OnEfficiency von Voith den Feststoffgehalt am Ende der Siebpartie. Das Modul Dewatering Control sorgt für eine stabile Wasserlinie selbst bei einem Gap-Former, der nicht einsehbar ist. Selbst bei wechselnden Flächengewichten gewährleistet das digital geregelte Zusammenspiel beispielsweise von Refinerbelastung und Vakuumentwässerung im Former eine konstante Blattbildung und Pressenbelastung.
Bei einer jähr lichen Produktionsleistung von 450.000 Tonnen Verpackungspapier haben digitale Lösungen wie das Assistenzmodul OnEfficiency Strengths enorme Auswirkungen auf die Betriebskosten und die Festigkeitskonstanz. Tagtäglich werden aufgrund der Regelung des Gautschpunktes, der Refinerleistung und des Verhältnisses von Sieb zu Strahl durchschnittlich 20 Tonnen Fasern eingespart. „Dieses Resultat gelingt uns durch datenbasierte Analytik in Echtzeit, ohne dabei die Festigkeit zu verändern. Stabile Regelungen schaffen Sicherheit und sie erhöhen die Performance“, so Schmitt.
Visualisieren, stabilisieren, optimieren.
Die Digitalisierung eröffnet den Papiermachern ein neues Maß an Transparenz in den Verfahrensabläufen und deren Kontrollmöglichkeiten. Es gehe Voith, erläutert der Experte weiter, um die Beherrschbarkeit aller Einflussfaktoren – sei es der Mensch, die Rohmaterialien oder die jeweilige Beschaffenheit der Maschine.
Neue, digitale Lösungen bilden ebenfalls die Basis für eine erhöhte Verfügbarkeit von komplexen Anlagen. Geplante und ungeplante Stillstände lassen sich zeitsparend managen. Hierzu hat Voith ein eigenes Produktportfolio unter dem Namen OnCare entwickelt. Permanentes Messen von Verschleißzuständen an Walzen und Lagern ist nur eine der Aufgaben. Die Auswertung großer Datenmengen erlaubt es, Verschleißteile nicht mehr bis zum Ausfall zu fahren, sondern punktgenau unter Zeiteinsparung zu warten. In der Summe erhöht sich nicht nur die Verfügbarkeit einer einzelnen Komponente, sondern die der gesamten Papiermaschine. OnCare verfügt über ein Assistenzmodul, welches Videoüberwachungen praktiziert. Augmented Reality macht die stark vereinfachte, präventive Wartung und Überholung zum neuen technischen Alltag in der Papierfabrik.
Präventiv Warten senkt die Kosten
Mithilfe von mobilen Werkzeugen wird die digitale Inspektion zum Spaziergang. Man erkennt, ab welchem Zeitpunkt Verschleißteile zu wechseln sind und löst zeitgleich eine Lagerbestellung aus. „Solche Inspektionsroutinen sorgen für Stabilität, schaffen Transparenz und Sicherheit.“ Zugleich sei das OnCare-Modul so aufgebaut, dass der Papiermacher mit Hilfe eines Tablets jederzeit jede einzelne Maschinenkomponente genauestens überprüfen könne. „Der interaktive Zugang zu Sprengzeichnungen machen das möglich.“
In einer US-amerikanischen Papierfabrik installierte Voith das OnCare Maitenance Excellence-Tool. Die Ergebnisse sind aus technischer wie betriebswirtschaftlicher Sicht herausragend. Innerhalb von 24 Monaten steigerte sich die Maschinenverfügbarkeit um drei auf 95 Prozent. Zugleich erhöhte sich die Produktivität von 820 auf über 1.000 Tonnen am Tag. Auch die Produktionsgeschwindigkeit wurde deutlich erhöht. Schließlich reduzierten sich mit OnCare Maintenance Excellence die Wartungskosten je Tonne von 37 US-Dollar auf 27 US-Dollar. „Dieses Beispiel zeigt, dass es für Papermaking 4.0 nie und bei keiner Papiermaschine zu spät ist. Und es zeigt auch: Wer heute Voith kauft, kauft sich eine digitale Lösung,“ davon ist Dr. Matthias Schmitt überzeugt.