Kollaborative Innovation: Wie Södra Cell die Digitalisierung mit drahtlosen Airius LTE-M-Vibrationssensoren nutzt
Bei SPM sind wir durch und durch lösungsorientiert. Unsere Entwicklungsarbeit entsteht aus echter Leidenschaft für die Lösung von Problemen und erfolgt zu einem wesentlichen Teil in Zusammenarbeit mit unseren Kunden. Dabei geht es oft um neue Softwarefunktionen, aber manchmal ist das Ergebnis auch eine Erweiterung unserer Produktlinie. Dies war bei unserem drahtlosen Vibrationssensor Airius LTE-M der Fall, der auf Initiative unseres langjährigen Kunden, dem schwedischen Forstunternehmen Södra Cell, entwickelt wurde. Wir haben uns mit Thomas Håkansson, dem Leiter der Technologieentwicklung bei Södra Cell, unterhalten, der 2019 mit der Vision an uns herantrat, Digitalisierungstechnologien zu nutzen, um das Produktionsvolumen des Unternehmens zu steigern.
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Überzeugt davon, dass die Interaktion zwischen Menschen und Technologie der Schlüssel zur Steigerung von Produktivität und Kosteneffizienz ist, begab sich Södra Cell auf die Reise, um neue Technologien zu entwickeln und gleichzeitig neue Arbeitsmethoden zu integrieren, um die Auswirkungen der Digitalisierung zu nutzen. Ein Teil dieser Arbeit besteht darin, einen stärker faktenbasierten, datengesteuerten Wartungsvorgang zu verfolgen. Die routenbasierte Messung an Tausenden von Messpunkten in jedem der drei Zellstoffwerke war für die Wartungsingenieure von Södra Cell eine zeitaufwändige Aufgabe. Gleichzeitig wurden die Messungen aufgrund der schieren Anzahl der Maschinen nicht oft genug durchgeführt, um jedes potenzielle Maschinenproblem zu erkennen und nicht genügend Daten für eine sichere Entscheidungsfindung bereitzustellen. |
 Thomas Håkansson, Leiter Technologieentwicklung, Södra Cell |
Dies war der Ausgangspunkt für die Idee, die manuelle Messung durch eine automatisierte Datenerfassung zu ersetzen, was die Wartungsingenieure entlasten und eine größere Menge an Maschinenzustandsdaten zur Verfügung stellen würde, auf deren Grundlage Wartungsentscheidungen getroffen werden könnten. Online-Überwachungsgeräte mit erheblichem Verkabelungsaufwand waren keine relevante Lösung, da die betreffenden Maschinen über große Fabrikbereiche verteilt sind. Darüber hinaus weisen sie nicht die höchste Kritikalitätsbewertung auf und bedürfen daher keiner kontinuierlichen Überwachung. Als beste Option erwiesen sich daher Messgeräte mit drahtloser Kommunikation.
Lieferanten zum gegenseitigen Nutzen zusammenbringen
Eine solche Lösung würde anlagenweite, sichere drahtlose Netzwerkkommunikationsmöglichkeiten erfordern. Aufgrund der weitläufigen Fabrikflächen war der Aufbau eigener Wi-Fi-Netzwerke jedoch nicht möglich. Allerdings hatte der schwedische Telekommunikationsbetreiber Telia bereits in allen drei Werken Mobilfunk-Basisstationen installiert. Södra Cell wollte daher herausfinden, ob ein drahtloser Vibrationssensor mobile Kommunikation zur Datenübertragung nutzen könnte und wandte sich daher an Telia und SPM.
“„Die Zusammenarbeit mit einem schwedischen Anbieter von Zustandsüberwachung, der sowohl groß als auch klein genug ist, um bereit zu sein, auf die Ideen eines Kunden zu hören, ist für uns ein großer Vorteil. Das Gleiche gilt für die Tatsache, dass die Betriebsverantwortung für das drahtlose Kommunikationsnetz beim Betreiber liegt." sagte Håkansson “Wir wollten die Lösung nicht selbst entwickeln, sondern die Anforderungen festlegen und die Möglichkeit haben, das Produkt zu testen. Dabei profitierten wir von den Kenntnissen von SPM sowohl in der Herstellung und Funktion von Sensoren als auch von Telias Kenntnissen in der Funktechnologie” fuhr er fort.
Ende 2019 wurde beschlossen, gemeinsam eine neue Version des drahtlosen Vibrationssensors Airius zu entwickeln, der die vorhandene Infrastruktur von Telia in jedem Zellstoffwerk für die Kommunikation über LTE-M nutzen würde. Knapp zwei Jahre später wurden die ersten serienmäßigen Sensoren verbaut. Dies war damals der erste drahtlose Vibrationssensor mit LTE-M-Kommunikation, der auf den Markt kam.
LTE-M – eine flexible Wahl für das Internet der Dinge
Bei der Wahl zwischen den Funktechnologiestandards NB-IOT und LTE-M entschied sich Södra Cell für LTE-M – eine solide Wahl für flexible und zukunftssichere IoT-Konnektivität. Zu den Vorteilen gehören die Fähigkeit, bei jeder Übertragung nicht nur Skalarwerte, sondern auch Spektren und Zeitsignale zu senden, geringe Latenz und die Möglichkeit, die Sensor-Firmware aus der Ferne zu aktualisieren.
Allerdings hat die gewählte Technologie ihre Nachteile. Die schnellere Übertragungskapazität von LTE-M geht teilweise zu Lasten der Akkulaufzeit. Um die gewünschte Batterielebensdauer von vier bis fünf Jahren zu erreichen, sind ausreichende RSSI-Werte (Empfangssignalstärke) und ein bestimmter Temperaturbereich erforderlich.
„Die Technologie funktioniert; Die aktuelle Herausforderung liegt in der Signalstärke und der Batterielebensdauer. Wir können nichts dagegen tun, dass die Umgebungstemperatur die Batterielebensdauer der im Freien installierten Sensoren beeinflusst. Die andere Ursache für die Entladung der Batterie ist, dass trotz der lokalen Basisstationen die Signalstärke in einigen Bereichen unserer Anlagen ein Problem darstellt. Dies wird derzeit überprüft und für eine bessere Abdeckung ergänzt“, erklärte Thomas Håkansson.
Optimierte Datenerfassung für mehr Output
Das übergeordnete Ziel bei der Entwicklung eines drahtlosen Vibrationssensors bestand darin, eine höhere Maschinenverfügbarkeit zu erreichen und damit die Produktion zu steigern – ein ständiges Ziel in der Branche. Die Investition von Södra Cell in die Airius-Sensoren wird gegen die im Falle eines Ausfalls entstehenden Kosten und den Zeitaufwand für die manuelle Messung abgewogen.
Mit den drahtlosen Sensoren erfolgt die Messung derzeit einmal am Tag, wodurch Maschinenstörungen frühzeitig erkannt werden und somit die Möglichkeit besteht, Wartungsarbeiten zu planen und durchzuführen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Auf diese Weise erzielte Södra Cell allein im ersten Jahr eine Produktionssteigerung von mehr als 4.000 Tonnen.
Die Airius-Sensoren werden an weniger produktionskritischen rotierenden Geräten wie Schnecken und Pumpen installiert und stellen eine Ergänzung zur Online-Überwachung dar, die dazu dient, mehr Messdaten an kritischen Maschinen zu erhalten.
Thomas Håkansson erzählt: "Wir verwenden die drahtlosen Sensoren wie ein Fischernetz. Es ermöglicht uns, sich entwickelnde Probleme zu erkennen, die wir durch ergänzende Messungen mit Handgeräten bestätigen können. Der Vorteil besteht darin, dass wir mehr Messdaten erhalten und gleichzeitig vermeiden, dass sich unsere Mitarbeiter in der Nähe rotierender Maschinen aufhalten müssen. Das ist eine Verbesserung der Arbeitssicherheit. Der Nachteil könnte sein, dass die Messungen nicht durch menschliche Sinne – Sehen, Hören, Riechen usw. – ergänzt werden, die einen Hinweis darauf geben können, ob etwas normal erscheint oder nicht."
Die Vision von Södra Cell für die Zukunft besteht darin, dass alle Objekte, die nicht online überwacht werden, über eine drahtlose Überwachung verfügen, sodass sich die Wartungsabteilungen stärker auf Objekte konzentrieren können, bei denen möglicherweise Probleme auftreten. Langfristig geht Södra Cell davon aus, dass dies weitere Verbesserungen der Zuverlässigkeit ermöglichen wird.
Neue Rollen und werksübergreifende Analyse
Dank der erfolgreichen Entwicklung und Implementierung der Airius-Funksensoren hat Södra Cell zwei neue Rollen für Dateningenieure mit Erfahrung in der Schwingungsanalyse eingeführt.
Thomas Håkansson: "Um dieses Projekt zum Erfolg zu bringen, kommt es nicht nur auf die Technologie an. Bei der Digitalisierung geht es darum, Technologie und Menschen zusammenarbeiten zu lassen – darin liegt das Potenzial. Auch veränderte Arbeitsweisen und Rollenverteilungen waren für uns eine Herausforderung."
Jede Fabrik misst weiterhin manuell an Maschinen, die noch nicht mit Airius-Sensoren ausgestattet sind. Die beiden neuen Stellen sind der Analyse der Airius-Schwingungswerte aller drei Fabriken gewidmet. Dies ermöglicht es Södra Cell, in allen drei Werken ähnliche Arbeitsmethoden zu implementieren, wodurch die Kompetenz gesteigert und der Bereich dank der stärkeren Konzentration auf den Teil der Schwingungsanalyse weiterentwickelt wird. Die neuen Dateningenieure helfen jedoch auch bei der Analyse von Daten anderer SPM-Messsysteme und eines der Werke hat die Analyse von Online-Messungen vollständig in die Zentralfunktion übertragen.
“Die routenbasierte Messung ist immer noch ein wesentlicher Bestandteil unserer Routine – es gibt etwa zwölftausend Objekte. Etwa zweitausend davon sind inzwischen mit Airius-Sensoren ausgestattet, sodass viele Objekte immer noch mit manueller Messung überwacht werden. Wir versuchen eine Zusammenarbeit zu etablieren, bei der auch die Mitarbeiter vor Ort in Analysen und Untersuchungen eingebunden werden, um das lokale Wissen mit der zentralen Schwingungsexpertise zu verbinden. Längerfristig, wenn die Messung von Routen nicht mehr durchgeführt wird, könnte sich ein Teil der Organisationsstruktur ändern – wir benötigen beispielsweise möglicherweise mehr Leute, die mit der Analyse arbeiten und uns mehr auf die wissensintensive Arbeit konzentrieren.“ führte Thomas Håkansson aus. "Wir befinden uns auf einer kulturellen Reise, einem Übergang. Die zentral vorhandene Kompetenz soll voll ausgeschöpft werden. Allerdings sind wir noch nicht am Ziel.”
Erfolgreiche Zusammenarbeit mit Lieferanten
Das von der Digitalisierung vorangetriebene Airius LTE-M-Entwicklungsprojekt ist ein leuchtendes Beispiel für die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen schwedischen Industrie- und Technologieunternehmen.
Thomas Håkansson kam zu dem Schluss: „Nicht alle Digitalisierungsprojekte starten durch und verwandeln sich in etwas Funktionales und Nutzbares. Viele Ideen und Projekte schaffen es nie über Beispiele, Proof-of-Concepts und Tests hinaus. In diesem Fall haben wir unsere Idee auf die nächste Stufe gebracht und sie in die Tat umgesetzt. Gemeinsam mit Telia und SPM setzen wir die Lösung in großem Umfang ein. Um etwas Neues zu wagen, bedarf es finanzieller Stärke und einer gewissen Portion Mut. Wir haben neue Stellen geschaffen, unsere Arbeitsweise verändert und daran geglaubt.“
Bisher hat Södra Cell etwa zweitausend Sensoren gleichmäßig verteilt auf seine drei Zellstofffabriken installiert und angeschlossen. Weitere tausend Sensoren wurden bestellt und teilweise geliefert.