Mehr Produktivität, Flexibilität und Qualität in der Produktion von Stahl
Liest man einige der zahlreichen im Internet verfügbaren Definition eines „Digital Twin“, so ist noch immer nicht ganz klar, was der „Digital Twin“ nun wirklich ist, wie er eingesetzt wird, ob sich die Investition in einen „Digital Twin“ für ein Unternehmen wirklich rechnet, oder ob dies oft „nur“ ein Innovationsprojekt ist, dessen Mehrwert und Return on Investment in den „Clouds“ … äh … Wolken steht.
Primetals Technologies setzt bereits seit mehr als 20 Jahren „Digital Twins“ erfolgreich für seine Kunden in der Stahlindustrie ein. Schauen wir uns so einen Anwendungsfall genauer an.
Was sind die wichtigsten Ziele für einen Stahlproduzenten?
Die Produktion von Stahl besteht aus sehr vielen Schritten. Je nach Verfahren kommen z. B. Hochofen, Konverter, Pfannen in der Sekundärmetallurgie, Stranggießanlage, Walzwerk, Anlagen zur Oberflächenveredelung und mehr zum Einsatz. Ein Stahlwerk kann 10 km2 und auch größer sein. Die Logistik von Zügen, Lastwagen, Kränen und Gabelstaplern zwischen und innerhalb all der einzelnen Anlagen ist so komplex wie der Verkehr in einer Kleinstadt.
- Was immer in einem Stahlwerk produziert wird, sollte also höchste Qualitätsansprüche erfüllen. Sonst muss das produzierte Stahlband z. B. wieder eingeschmolzen werden oder kann nur zu einem niedrigeren Preis verkauft werden.
- Der Einsatz der benötigten Ressourcen wie z. B. Rohstoffe, Energie und Arbeitsstunden muss möglichst effizient eingesetzt werden.
- Ständig müssen neue Stahlqualitäten entwickelt werden, um z. B. hochfeste aber leichte Stahlbleche für Elektroautos zu produzieren, damit deren Reichweite möglich hoch ist.
In welchen Bereichen benötigen Stahlproduzenten „digitale Unterstützung“?
Um hochwertigen Stahl produzieren zu können, benötigt ein Stahlproduzent metallurgisches Know-how, Know-how im Betrieb der Anlagen, Logistik-Know-how und Software-Kompetenz für die Steuerung und Optimierung der Prozesse. Doch reichen diese Kenntnisse nicht mehr aus, um den immer schneller steigenden Anforderungen der Kunden wie z. B. der Automobilindustrie gerecht werden zu können.
Ein Stahlproduzent möchte genauere Einblicke in seine Produktion haben, besser verstehen, welche Parameter das produzierte Endprodukt wie beeinflussen, ungeplante Stillstandzeiten seiner Anlagen vermeiden und das Know-how seiner Mitarbeiter stetig wachsen lassen.
Genau dafür ist ein „Digital Twin“ eines kompletten Stahlwerks perfekt geeignet.
Was ist nun ein „Digital Twin“?
Ein „Digital Twin“ ist eine digitale Repräsentanz eines physischen Objekts, eines Prozesses oder eines Produkts. Der „Digital Twin“ kann in einem Unternehmen im hauseigenen Rechenzentrum betrieben werden, um vor Cyberattacken von außerhalb optimal geschützt zu sein – oder er wird in einer (Public) Cloud betrieben, um mehr Möglichkeiten zur Vernetzung unterschiedlicher Datenquellen zu bieten bzw. für mehr definierte Usergruppen zugänglich zu sein. In der Regel bezieht der „Digital Twin“ Daten aus sehr vielen unterschiedlichen Quellen. Im Fall eines Stahlwerks sind dies Sensoren, Maschinensteuerungen, Softwareprogramme, mathematische Modelle und auch andere „Digital Twins“.
Ein „Digital Twin“ ist also eine Softwarelösung, die
- die Visualisierung von Anlagen, Prozessen und Produkten ermöglicht,
- den Status und die Performance ständig in Echtzeit überprüft,
- laufend Erkenntnisse über die Produktion generiert,
- Möglichkeiten zur Vorhersage der Eigenschaften des Endprodukts liefert (dem sogenannten „Stahl-Coil“),
- und ein Tool zur Optimierung der gesamten Produktion hinsichtlich der Produktqualität, der Produktivität und der Flexibilität bietet.
Wie funktioniert ein „Digital Twin“ in der Stahlproduktion?
Der „Digital Twin“ für ein gesamtes Stahlwerk besteht aus mehreren „Digital Twins“ für unterschiedliche Anlagen im Stahlwerk wie z. B. der Stranggießanlage, und diese digitalen Zwillinge setzen sich ebenfalls wieder aus weiteren „Digital Twins“ wie z. B. einer Softwarelösung zur optimalen Kühlung des Strangs zusammen. Der Betreiber einer Anlage hat also nur den „Digital Twin“ für „seine Anlage“ auf dem Monitor seines Leitstands. Dort kann er den Zustand der Produktion auf seiner Anlage in Echtzeit überwachen, Auswertungen generieren, Daten und Übersichtsdiagramme analysieren, mögliche Änderungen im „Digital Twin“ ausprobieren und bei einem zufriedenstellenden simulierten Ergebnis diese Änderungen sofort in die Produktion einfließen lassen.
Nachdem der „Digital Twin“ mit anderen im ganzen Stahlwerk vernetzt ist, werden in jedem Schritt Abhängigkeiten zu anderen Anlagen berücksichtigt, und der Verantwortliche für das gesamte Stahlwerk kann auf einer übergeordneten Ebene die Gesamtproduktion im Auge behalten und die Koppelung mit einem Produktionsplanungssystem (wie z. B. in SAP) optimieren, damit Kundenaufträge termingerecht, mit Gewinn und in der gewünschten Qualität abgewickelt werden können.
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