Traditionelle Industrien, wie die Stahl-, Bergbau- und Chemieindustrie sowie andere energieintensive Prozesse sind in Bezug auf Produktion und Kapitalkosten, Energie- und Ressourceneffizienz sowie CO2-Ausstoß mit stetig steigenden Herausforderungen konfrontiert. Selbst für die Zeit nach der Pandemie von 2020 lässt der Ausblick insbesondere für die Metallindustrie vermuten, dass nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit eher von der Effizienz als von der Menge abhängen wird. Und die Digitalisierung ist einer der wichtigsten Schlüsselbereiche für die Effizienz.
Gleichwohl erfordert die Digitalisierung der verarbeitenden Industrie eine klare Vision von Unternehmensstrategie und -kultur sowie selbstverständlich der digitalen Technologien.
Die Vision des Lernenden Stahlwerks
Das Lernende Stahlwerk ist die Vision der SMS group eines gesamtheitlich vernetzten Produktionswerks, das sämtliche Szenarien durch intelligente Mustererkennungsalgorithmen vorausbestimmt, Konsequenzen aus realen Ereignissen zieht und sich durch künstliche Intelligenz permanent selbst trainiert und überwacht. Das Konzept konzentriert sich auf zukunftsweisende Produktionsplanung, Produktqualitätssicherung, Überwachung des Anlagenzustands und vorausschauendes Energiemanagement. Für die Erreichung optimaler Ergebnisse entlang der gesamten Produktionskette müssen die Prozesse von der Materialbeschaffung über die Produktion bis zum Versand angemessen gestaltet und die entsprechenden Maschinen-, Prozess- und Produktdaten beherrscht werden.
Die Möglichkeit der Prognose des Anlagenzustandes und der Planung des Produktionsprozesses ist die Grundlage für ein fundiertes und intelligentes Anlagenmanagement. . Der optimale Zustand der Anlage bildet die Grundlage für alle nachfolgenden Prozesse. Die Möglichkeit der Prognose des Anlagenzustands erlaubt spontane Reaktionen auf Prozessabweichungen. Mögliche Energieeinsparungen werden mit Hilfe von vorausschauenden Energiemanagement-Tools, wie der Viridis Energy & Sustainability Platform, erkannt. Vorausschauende Produktionsplanung wiederum ist die Grundlage für die Herstellung von Produkten bestmöglicher Qualität. Dieser Ansatz ist die Antwort auf die neuen Anforderungen in der Industrie: Heutzutage ist es nicht mehr nur der Vertrieb, der Einfluss auf den Produktionsprozess hat - auch die Produktion lenkt den Vertrieb. Offene Produktionsplätze werden prognostiziert, virtuelle Aufträge generiert und effizient angewandt. Entsprechende Produktionsmengen und Liefertermine, an denen sich der Vertrieb orientiert, werden festgelegt.
Die Hauptaufgabe des Lernenden Stahlwerks besteht im Grunde in der Umwandlung von Daten in Informationen und von Informationen in Werte. Das Lernende Stahlwerk wendet alle Vorteile der innovativen Technologien an, um Produktivität und Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen und unterstützt die nachhaltige Produktion von grünem Stahl.
Energiemanagement effizient gemacht
Die Viridis Energy & Sustainability Platform von Vetta, einem Unternehmen der SMS group, ist eine integrierte Lösung für das Energie-, Ressourcen- und Nachhaltigkeitsmanagement für die Stahl- und Bergbauindustrie sowie andere energieintensive verfahrenstechnische Industrien. Viridis schafft nachhaltigen Wert in drei Schlüsselbereichen: betriebliche Effizienz bei Energie und Ressourcen, Energie- und Ressourcenplanung und integriertes Energie- und Ressourcenmanagement.
Einmal eingesetzt, richtet Viridis ein „single source of truth“ System ein für alle Daten, die sich auf die gesamte Energiematrix der Anlage - Planung, Verbrauch und Umwandlung - beziehen und deckt dabei nicht nur Elektrizität ab, sondern auch Brenngase, Kyrogene, Wasser, Schadstoffe, Gase der Kraft-Wärme-Kopplung und alle kritischen Ressourcen. Durch die Kombination der Perspektive von Werk und Büro, trägt Viridis unmittelbar zur effizienten Umsetzung von betrieblicher Effizienz bei Energie und Ressourcen und optimaler Planung bei und stärkt somit den Kreislauf ständiger Verbesserung.
Durch die Umsetzung des vorausschauenden Energie-, Ressourcen- und Nachhaltigkeitsmanagements ergänzt Viridis das Lernende Stahlwerk durch ein entscheidendes neues Standbein. Das bedeutet die Einrichtung einer umfassenden Managementperspektive eines Stahlwerkbetriebs von der Planung bis zur Produktion, die nicht nur bestrebt ist, Kosten, Durchsatz und Qualität, sondern auch energiebezogene Kosten, die Verwendung von Rohstoffen und sogar den Ausstoß von CO2, Treibhausgasen und Schadstoffen zu optimieren – für eine Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit.
Von Big Data zu Smart Data
Mit Viridis kann die Digitalisierung die Energieeffizienz und Senkung des CO2-Ausstoßes in der Industrie unmittelbar beschleunigen und verstärken. Intelligente Sensoren können Energieverbrauchsdaten sowie Daten über den betrieblichen Zusammenhang (z.B. Produktions- sowie Prozess- und Umweltvariable) sammeln. Mit diesem riesigen Umfang an Daten werden die KI-Algorithmen gefüttert, die Tätigkeiten analysieren und Empfehlungen geben, um schließlich die Energie- und Umwelteffizienz von Industrieteams und Prozessen auf dezentrale Weise zu optimieren. Anschließend können Angebot und Nachfrage eines jeden Energieeintrags dynamisch kontrolliert werden, wobei Effizienzgewinne in der gesamten Wertschöpfungskette erfasst werden.
Mit den auf Produktionsebene gesammelten Daten werden auch Prognosemodelle gefüttert, die, ausgehend von der Bewertung von Szenarien und Produktionsbedingungen, den Umfang jeder betrieblich geforderten Energiequelle genau abschätzen können. Simulationswerkzeuge erlauben die Bewertung verschiedener Optionen für die Akquisition und den Abschluss von Verträgen über Kauf und Verkauf von Energie mit dem Ziel, Einzelkosten zu senken und gleichzeitig Quellen mit niedrigerem Emissionsniveau zu bevorzugen. Solide Pläne können anschließend erstellt werden, die betriebliche und finanzielle Risiken senken und die Kostenkontrolle verbessern.
Darüber hinaus erlaubt es die Digitalisierung, die Gewinne der erforderlichen Transformationsbemühungen mit größerer Genauigkeit zu messen und zu verifizieren, wobei der Erfolgszyklus von Investition, gesenktem CO2-Ausstoß, Mehrwert und Reinvestition unterstützt wird.
Optimierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette
In der Tat kann die Art, in der Energie und Ressourcen während des Produktionsprozesses genutzt werden, wichtige Auswirkungen auf die gesamte Wertschöpfungskette haben. Zwei Aspekte können hier hervorgehoben werden: die manchmal „versteckten“ Möglichkeiten, die an den Schnittstellen zwischen verschiedenen Prozessen liegen, und der direkte Energie- und Ressourcenbeitrag zur Verbesserung von Produktqualität und Anlagenzustand.
Was den ersten Aspekt betrifft, so können mit Viridis nicht nur einzelne Prozesse, sondern die ganze Anlage verwaltet werden, wodurch die Analyse der Energieleistung einer speziellen Einrichtung wie auch die Analyse der Schnittstellen zwischen benachbarten Prozesslinien unterstützt wird. Liegt beispielsweise die Temperatur, mit der eine Charge direkt reduzierten Eisens das Stahlwerk erreicht, unterhalb eines spezifizierten Zielwertes, kann der Energieverbrauch im Stahlwerk steigen. Zum anderen kann der Verbrauch von Brenngasen gesenkt werden, wenn Stahlbrammen oder -knüppel direkt den Wiedererwärmöfen zugeführt werden können, sobald sie die Gießstränge verlassen. In einigen Fällen wurde Viridis zur Optimierung der Energieabgabe einer thermo-elektrischen Kraft-Wärme-Kopplungseinheit eines integrierten Stahlwerks verwendet. Unter Berücksichtigung der vertraglichen Preisfindungsregelungen über Elektrizität und Erdgas, der Marktpreise sowie dem Ziel minimaler globaler Betriebskosten konnte hier das Angebot an und die Nachfrage nach Gasen für die Kraft-Wärme-Kopplung ausgeglichen werden. Ermöglicht wird dies durch die Sicherstellung einer eng eingebundenen Perspektive von Energie- und Ressourceneffizienz, -planung und -management.
Hinsichtlich des zweiten Aspekts wird Viridis auch zur Erkennung von optimalen Prozessvorgängen (sog. golden batches) verwendet, die - unter Verwendung spezialisierter Maschinenlernalgorithmen des Energie- und Ressourcenverbrauchs - mit den Kennzahlen zur Leistungsbemessung einer Produktionscharge (z.B. Schmelze), wie Produktqualität und sichere Arbeitsbedingungen an der Anlage, in Zusammenhang stehen. In Verbindung mit genauen Prozesskenntnissen kann Viridis daher Prozessingenieure bei der Festlegung von Produktionsmaßstäben und den entsprechenden Prozessvariablen, Sollwerten und Ausführungsrichtlinien, mit Hilfe derer diese erreicht werden können, unterstützen. Diese Richtlinien könnten dann zur Echtzeit-Orientierung bei der Prozessausführung an die Bediener gegeben werden, wodurch Qualitätsprobleme oder Stillstände vermieden werden, die in Umklassifizierungen in der Produktion und unvermeidbaren Produktivitätsverlusten resultieren würden.
Grüne Stahlherstellung wird Realität
Die Nachfrage nach Energie und Ressourcen steigt ständig. Intelligente digitale Lösungen sind dann wichtig, um ein nachhaltiges Gleichgewicht zwischen wirtschaftlichem Wachstum und ökologischer Verantwortung zu erreichen. Daher ist effizientes Energie-, Ressourcen- und Nachhaltigkeitsmanagement von zentraler Wichtigkeit für die Metall- und verfahrenstechnische Industrie und hat eine entscheidende Wirkung auf Kosteneffizienz und CO2-Bilanz.
Die verfahrenstechnische Industrie befindet sich im Zeitalter der Digitalisierung. Hohe Verfügbarkeit, durchgehend optimierte Anlagenbedingungen, eine sichere Arbeitsumgebung und maximale Produktqualität sind die Hauptfaktoren bei der Maximierung der Anlagenleistung. Die Nachfrage nach effizienteren und nachhaltigeren Produktionsprozessen stellt die Norm dar und die zunehmende Digitalisierung verlangt modulare und flexible digitale Lösungen, die eine Einbindung der kompletten Anlage garantieren.
Mit seinen Standbeinen Produktionsplanung, Anlagenzustand, Produktqualität und Energiemanagement geht es bei der Vision des Lernenden Stahlwerks um Steigerung der Effizienz und Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit. Die Vorteile liegen auf der Hand und haben das Potenzial einen Erfolgszyklus von Investition, Ergebnis und Reinvestition zu kreieren: bessere Wettbewerbsfähigkeit führt zu besseren finanziellen Ergebnissen; mit mehr Barmitteln können mehr Investitionen zur Kapazitätserweiterung, Produktivität, betrieblicher Effizienz und Energieeffizienz anvisiert werden; größere Effizienz garantiert einen geringeren Ausstoß von Treibhausgasen, wodurch neben der Verbesserung der Arbeitsqualität auch die Umweltbelastung reduziert wird.