Die Bedeutung von Asset Management für mehr Sicherheit, Effektivität und Nachhaltigkeit bei Anlagenbetrieb und -wartung

von Adrian Park

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Der Originalartikel ist in englischer Sprache in Hydrocarbon Engineering, Ausgabe May 2011 erschienen.

 

In einer sich rasch verändernden Welt haben rasante technologische Entwicklungen zu einer schnelleren Veraltung von Anlagen geführt, was die Machbarkeit von Projekten gefährden kann. „Die richtige Lösung“ schon in der Frühphase der Anlagenplanung ist zu einem kritischen Faktor für einen reibungslosen und effektiven Anlagenbetrieb und eine problemlose Wartung geworden. Dabei gewinnen Engineering-Designbasis und Asset Integrity der Anlage für einen sicheren, effektiven und nachhaltigen Betrieb zunehmend an Bedeutung. Anlageneigner und -betreiber erkennen die Notwendigkeit von Informationsmanagement-Strategien über den gesamten Anlagenlebenszyklus und unterstützenden Technologien, die für eine problemlose Übergabe und einen reibungslosen Anlauf des Betriebs sorgen und dabei zeitaufwändige, teure und riskante Wartungsmethoden vermeiden.

Doch welche Anlagenplanungskriterien sind für die Optimierung der Instandhaltung am wichtigsten? Bei der Anlagenwartung geht es um Zuverlässigkeit und Sicherheit. Daher müssen Ingenieure und Techniker die Planungskonzepte verstehen, die eine kritische Verbindung zu diesen Variablen aufweisen, um effektive Wartungsmethoden für die verschiedenen Anlagenteile und den Betrieb umzusetzen.

Intergraph® verwaltet, analysiert und überwacht diese Kriterien, um sicherzustellen, dass die Arbeitsprozesse von SmartPlant® Enterprise for Owner Operators (SPO) Anlageneignern und -betreibern optimale Unterstützung bieten – und zwar über den gesamten Anlagenlebenszyklus und sowohl bei Investitions- als auch bei Wartungstätigkeiten. Für Auftragnehmer stehen entsprechende SmartPlant Enterprise-Lösungen bereit, um die Engineering-Designbasis zu erstellen und Projekte effektiv umzusetzen.

Plant Asset Management
Assets und Bestandteile der „virtuellen Anlage“– häufig von EPC-Unternehmen geplant und erstellt–, sämtliche Anlagendokumente und IT-Systeme müssen dem aktuellen physischen Stand der laufenden Anlage entsprechen. Ist dies nicht der Fall, kann man sich nicht auf die Anlagendokumentation verlassen, und es sind ständige Begehungen erforderlich, um den tatsächlichen Anlagenzustand zu prüfen. Das ist aufwändig und führt zu unnötigen Reisen und Unfallrisiken für die Mitarbeiter durch Stolpern und Stürzen. Hinzu kommt: Bei Zwischenfällen in einer Anlage, die eine schnelle Entscheidung erfordern, ist möglicherweise nicht genügend Zeit für eine Prüfung vor Ort, und die Mitarbeiter müssen auf der Grundlage unzuverlässiger Informationen Entscheidungen treffen, die eine potenzielle Gefahr für Mitarbeiter, Anlage und Umwelt bedeuten.

Das Management der Zuverlässigkeit einer Anlage erfordert eine umfassendere Sichtweise von Einsatz und Nutzung kritischer Anlagenteile und Ressourcen. Inzwischen implementieren Eigentümer bereits ab der Anfangsphase der Planung vollständige Plant Asset Management-Systeme (PAM). Sie verlangen von ihren Auftragnehmern eine frühzeitige Übergabe während der Projektentwicklung, damit die Betreiber das Risiko von Produktionsausfällen bewerten, künftige Wartungstätigkeiten planen, den Ersatzteilbedarf ermitteln und Schulungsunterlagen für das Betriebspersonal erstellen können.

Das Plant Asset Management-System muss durchgängige, richtige und hochwertige Informationen liefern – eine kritische Voraussetzung für die Verwaltung der Engineering-Designbasis und der Dokumentation einer Anlage. Darüber hinaus spielt das PAM-System eine wichtige Rolle für die Koordination aller beteiligten Stellen– also Gewerke, Auftragnehmer, Abteilungen von Anlageneignern und -betreibern, Lieferanten usw.– und für die Planung von Betrieb und Wartungsarbeiten.

Asset Integrity, Supply Chain Management und die Einhaltung rechtlicher Vorschriften sind direkt mit dem Plant Asset Management verknüpft. Die Verwaltung von Beziehungen zwischen Etiketten, Modellen, Anlagen (Serienausstattung) und Herstellern ist für die Eigentümer von Anlagen enorm wichtig. Wenn diese Beziehungen während eines Greenfield-/Brownfield-Projekts hergestellt werden können, bilden sie eine hervorragende Grundlage für das Anlegen der Anlagenstruktur, die wiederum für das computergestützte Wartungs-Managementsystem der Anlage benötigt wird. Querverweise von allen Daten auf den bestehenden Materialkatalog in SAP® MM oder einen anderen Katalog sind die Voraussetzung für einen geringeren MRO-Bestand (Maintenance, Repairs and Operations) und eine Normierung der Betriebsmittel-Dokumentation.

Plant Asset Management-Systeme und computergestützte Systeme für das Wartungsmanagement (CMMS) werden eingeführt, um Wartungsplanung, Abstellungs-Planung, Änderungsmanagement an der laufenden Anlage, Fehlerbehebung, Bestandsmanagement, Einkauf usw. zu unterstützen. Der Nutzen dieser Systeme wird allerdings noch gesteigert, wenn sie mit Automatisierungs-, Produktionsplanungs- und Fertigungssystemen integriert werden.

Interoperabilität in der Systemlandschaft von Anlageneignern und -betreibernInteroperabilität bedeutet, Daten über verschiedene IT-Systeme hinweg nahtlos darstellen und übertragen zu können. SPO von Intergraph bietet ausgewählte, sofort einsatzbereite Integrationsfunktionen und ermöglicht eine schnelle Integration mit externen Systemen, z.B.

  • Nahtloser Zugang zu Informationen der Engineering-Designbasis über ein gemeinsames Internetportal (einschließlich intelligenter P&IDs, 3D-Modelle oder Laserscans) mithilfe von Systemen wie CMMS, DCS und Content-Management-Systemen
  • Übergabe genehmigter Änderungen in SPO an ein CMMS als Benachrichtigung an CMMS-Speicherorte für erforderliche Wartungsarbeiten
  • Automatisierte Synchronisation von Änderungen in der Engineering-Designbasis und dem CMMS-System, um sicherzustellen, dass beide Systeme ständig den geänderten Stand der Anlagenkonfiguration enthalten.
Management von Änderungen an laufenden Anlagen

Das Einpflegen von Anlagenänderungen in eine dynamische Engineering-Designbasis während des Betriebs ist eine sicherheitskritische und anspruchsvolle Aufgabe. Konstruktive Änderungen und die Konfiguration der Anlage unterliegen laufend Änderungen – Genehmigungszyklus, Compliance, Informationsfeedback und Benachrichtigung über Engineering- und Wartungsdaten–, die sich in erheblichem Maß auf den Anlagenbetrieb auswirken können, wenn sie nicht richtig verfolgt, aufgezeichnet und kommuniziert werden. Die Sicherstellung genauer Informationen zu Anlagenengineering, Wartung und Betrieb ist für den sicheren und effizienten Anlagenbetrieb daher entscheidend.

Der Prozess von Intergraph umfasst ein strenges Änderungsmanagement (Management of Change, MOC) für Engineeringdaten einschließlich vollständiger Verfolgbarkeit und Protokollierung zum Nachweis der Einhaltung gesetzlicher Auflagen.

Sämtliche Änderungsanforderungen können zu den betroffenen Etiketten, Dokumenten und Teilen der Anlagenstruktur in Beziehung gesetzt werden. Damit lassen sich weitere Änderungen identifizieren, die aktuell in Betracht gezogen werden oder bereits genehmigt wurden und sich auf dieselben Teile auswirken. Zudem kann man analysieren, ob Synergien oder Konflikte zwischen den verschiedenen Änderungsanforderungen bestehen, die berücksichtigt werden sollten.

Der vorkonfigurierte MOC-Prozess umfasst Prüfung, Autorisierung durch einen Anlagenänderungs-Ausschuss, Planung und Genehmigung von Änderungen durch das Engineering-Team in der Engineering-Designbasis. Optional gehören hierzu auch Aufforderungen an das Wartungsteam zur Durchführung von Änderungen mithilfe von Benachrichtigungen im Anlagenwartungssystem. Genehmigte Änderungen, die nicht an die Wartung übergeben werden, können den Kandidatenstatus für eine spätere Abstellung beibehalten.

Integrität des Anlagenwartungssystems
Daten und die Beziehungen zwischen Daten sind der Schlüssel für Anlagenkonfiguration und -verwaltung. Bei laufenden Anlagen ist es eine enorme Herausforderung, sicherzustellen, dass Änderungen an der Designbasis des Anlagenistzustands konsistent und schnell im CMMS dargestellt werden. Die meisten Anlageneigner und -betreiber verlassen sich hier auf manuelle Prozesse, um zu gewährleisten, dass Änderungen der Anlagenkonstruktion auch im CMMS übernommen werden. Doch dieser Prozess ist fehleranfällig, oder er erfolgt nicht konsistent. Mögliche Folgen: Die Nutzung falscher Wartungspläne für Betriebsmittel, gänzlich ungewartete oder ungeprüfte Betriebsmittel oder die Beschaffung falscher Ersatzteile. Die automatische Synchronisation von Änderungen der Engineering-Designbasis mit CMMS bietet daher einen deutlich effektiveren und zuverlässigeren Ansatz, der garantiert, dass das CMMS stets auf dem neuesten Stand ist.

SPO sorgt für die Synchronisation von Daten zwischen der Engineering-Designbasis und dem computergestützten System für das Wartungsmanagement (CMMS). Es ist beispielsweise für SAP PM erhältlich.

Wenn Etiketten in der Engineering-Designbasis erstellt, aktualisiert oder gelöscht werden, löst SPO eine automatische Erstellung oder Aktualisierung des entsprechenden funktionalen Speicherorts im Anlagenwartungssystem aus. In der Praxis werden nicht alle Etiketten als funktionale Speicherorte an SAP PM gesendet; jeder Verantwortliche hat seine eigenen Regeln im Hinblick darauf, welche Etikettentypen in welchem Stadium des Lebenszyklus an SAP übertragen werden. So senden die meisten Verantwortlichen keine Kabel oder Signale an SAP PM. Ebenso werden Etiketten zumeist noch nicht bei der anfänglichen Reservierung an SAP übertragen, sondern erst dann, wenn der Planungs- oder As-Built-Zustand erreicht ist. Damit wird die Erstellung redundanter funktionaler Speicherorte im CMMS vermieden. Der SPO-Prozess beinhaltet flexible Konfigurationsregeln, die festlegen, welche Etiketten in den verschiedenen Stadien des Lebenszyklus an das CMMS gesendet werden.

Die Synchronisation von Informationen zwischen der Engineering-Designbasis und den Wartungssystemen bietet erhebliche Synergievorteile für kritische betriebliche Prozesse.

Prüfung von Anlagendaten
Zuverlässige Anlageninformationen bilden die Voraussetzung für einen sicheren, effektiven und nachhaltigen Betrieb. Die Prüfung der Qualität von Daten, die der Betrieb durch Auftragnehmer und Lieferanten erhält, bzw. die Prüfung der Daten aus alten Betriebssystemen stellt jedoch angesichts der Millionen von Datensätzen und der Komplexität der Prüfung auf Vollständigkeit, Richtigkeit und Konsistenz eine enorme Herausforderung dar.

Um diese zu meistern, bietet Intergraph ein Tool für Validierung, Umwandlung und Laden (Validation, Transformation, Loading; VTL), das Auftragnehmer und Eigentümer bei der Prüfung der Qualität von Anlagendaten unterstützt. Das Tool kann zur Überwachung des Fortschritts von Anlagenengineering-Daten im Rahmen von Investitionsprojekten, zur Überwachung der Qualität von Endergebnissen oder zur Prüfung von Daten in Altsystemen im Zuge einer Datenmigration eingesetzt werden.

Mit der Lösung Validation, Transformation and Loading (VTL) von Intergraph können Anwender sowohl Daten verschiedener Auftragnehmer und Lieferanten als auch Daten aus Altsystemen prüfen. Diese werden in einen Staging-Bereich importiert, wo sie unter „Quarantäne“ mit zahlreichen Arten von Geschäftsregeln verglichen werden. Hierzu zählen die Prüfung der Namenssyntax, die Sicherstellung, dass Pflichtangaben enthalten sind, dass Beziehungen gültig sind, Felder für bestimmte, begrenzte Werte wie Explosionsschutz, Schutzart usw. richtig ausgefüllt wurden usw. Die daraus folgenden Prüfberichte lassen sich zur Rückmeldung an Auftragnehmer und Lieferanten nutzen, um diesen einen eventuellen Korrekturbedarf mitzuteilen, oder können als Grundlage für Korrekturen verwendet werden.

Die geprüften Daten lassen sich danach in das Zielsystem exportieren. Der gesamte Prozess von Import, Überprüfung, Export und Hochladen in das Zielsystem kann auch automatisiert werden.

Sicherheit
Sicherheitsprobleme bei der Anlagenwartung stehen oft in Verbindung mit einem unzureichenden Änderungsmanagement. Viele riskante oder gefährliche Zwischenfälle entstehen durch Änderungen an Anlagenteilen oder Fehlentscheidung aufgrund falscher oder veralteter Daten. Dies lässt sich mit einem guten Management von Änderungsverfahren umgehen. Die Anlagensicherheit erfordert präzise, einsatzbereite Anlagendaten, Betriebshandbücher und Verfahren, denn die Anlagenkonfiguration unterliegt aufgrund von Revamp-Projekten, Abstellungen oder Anpassungen in Verbindung mit Wartungsarbeiten häufigen Änderungen.

Die Pflege von As-Built-3D-Modellen kann für die Anlagensicherheit eine entscheidende Rolle spielen. Wenn die Modelle den aktuellen Daten entsprechen und verlässlich sind, bedeutet das weniger erforderliche Anlagenbegehungen und eine Senkung der Risiken im Zusammenhang mit Reisen und Unfällen durch Stolpern und Stürzen. Zudem lassen sich 3D-Modelle als nützliches Tool in Schulungen einsetzen, um die Belegschaft mit der Anlage und mit Fluchtwegen vertraut zu machen oder interaktive Online-Trainings durchzuführen. Darüber hinaus werden 3D-Modelle zunehmend für die Simulation komplexer Verfahren wie der Demontage und dem Austausch von Ausrüstungsteilen eingesetzt.

Mit der neuen, intelligenten und regelbasierten 3D-Modellierung in SmartPlant 3D/Smart Marine 3D ist es möglich, Sicherheitsregeln direkt in das Modell einzubauen, um deren Einhaltung sicherzustellen. So lässt sich beispielsweise darstellen, wo der Explosionsschutz von elektrischen Anlagen nicht der jeweiligen Klassifizierung des Standorts in der Anlage entspricht.

Lock-out und Tag-out (LOTO) bezeichnet den Prozess der Absperrung und Verriegelung von Anlagenteilen, um Arbeiten sicher ausführen zu können. Die Planung dieser Absperrungen ist extrem zeitaufwändig und muss von den erfahrensten Mitarbeitern der Anlage durchgeführt werden. Oft wird dieser Prozess noch immer von papierbasierten Systemen bestimmt. Damit ist er anfällig für Fehler, die sich in erheblichem Maß auf die Sicherheit auswirken können. Die Verfügbarkeit von integrierten, intelligenten Tools zur Erstellung von Vorentwürfen, von 3D-Modellen und Informationsmanagement-Repositories ermöglicht die Konzeption neuer Lösungen, um die Planung und Umsetzung von Absperrungen zu unterstützen. Dieser Ansatz führt letztendlich zu höherer Planungsqualität, mehr Sicherheit bei der Installation und einer verbesserten Übersicht über und Beaufsichtigung von Absperrungen während der Anlagenwartung.

Die Arbeit von Anlagenprozesssicherheits-Teams im Rahmen von HAZOP-Studien ist für die Gewährleistung der Anlagensicherheit von entscheidender Bedeutung. Die Effektivität dieser Teams hängt jedoch stark davon ab, inwieweit sie Zugriff auf das Sicherheits-Know-how der erfahrensten Ingenieure, Betriebsmitarbeiter und Sicherheitsexperten haben.

Mit den Lösungen von Intergraph können Unternehmen ihre gesamte Sicherheits-Expertise in einem regelbasierten Wissens-Repository erfassen. Durch die weitgehend automatisierte Identifizierung von Gefahren lassen sich Zeit und Kosten für HAZOP-Studien so um die Hälfte senken.

Die HAZOP-Analysen sind über ein Portal zugänglich. Sie nutzen intelligente P&IDs aus der Engineering-Datenbank, um Gefahren oder Probleme mit der Funktionsfähigkeit automatisch zu verfolgen. Diese Funktion ermöglicht eine rasche Aktualisierung der HAZOP-Reports bei Anlagenänderungen.

Reaktion auf Zwischenfälle
Die Verwaltung von Anlagendaten und die Anlagenwartung stehen letztlich in direkter Verbindung mit einer schnelleren Risikobewertung und fundierteren Entscheidungen. Die bestmögliche Reaktion auf Zwischenfälle hängt davon ab, dass alle erforderlichen Informationen schnell eingeholt und Anlagensysteme, Anlagenteile und Mitarbeiter besser kontrolliert werden.

Bei Zwischenfällen in Anlagen geht es um Sekunden. Für eine effektive Unterstützung von kritischen Entscheidungen kommt es darauf an, dass die Arbeiter und Ingenieure im Werk schnell und einfach Zugriff auf die wesentlichen Engineering-Informationen der Anlage und die Daten anderer Betriebssysteme wie Prozessleitsystem und Wartungssysteme haben.

Intergraph bietet Portale, die für einen schnellen und einfachen Zugang zu Anlagendaten sorgen. Die Nutzung einer einzigen, einheitlichen Quelle sorgt für schnellere und bessere Entscheidungen während des Normalbetriebs und bei Zwischenfällen.

Umsetzung in die Praxis
Viele dieser Faktoren gaben den Ausschlag für die Zusammenarbeit zwischen dem Engineeringunternehmen Grenland Group und Intergraph, dem Experten für Enterprise Engineering Software: Angesichts der zunehmenden Notwendigkeit einer Produktionssteigerung war eine Umgestaltung und Modernisierung von Öl- und Gasverarbeitungsanlagen in der Nordsee erforderlich. Hierbei legte der Anlageneigner und -betreiber insbesondere Wert auf eine langlebige Konstruktion und optimale Wartung.

Die Modernisierung der bestehenden Anlage erforderte die Umstrukturierung einiger Prozesse, Informationen für die Vorfertigung, eine geänderte Konstruktion und eine Optimierung der Wartung. Datensammlung, Instrumentenausstattung und ein zentrales Repository zur Prüfung der Daten zahlreicher Auftragnehmer und Lieferanten bzw. vorhandener Altdaten stellten bei diesem Projekt eine enorme Herausforderung dar. Intergraph hat sich für einen partnerschaftlichen Ansatz entschieden, der die Engineering- und Betriebssoftware von Intergraph mit ergänzenden Programmen anderer führender Anbieter kombiniert, welche den Wunsch von EPC-Unternehmen nach holistischen und wirklich effektiven Lösungen für die gesamte Anlagenlebensdauer erfüllen.

„SmartPlant Enterprise spielt für die Erreichung unserer Ziele eine wesentliche Rolle“, erklärt Terje Ørbeck, CAD-Manager und 3D-Koordinator der Grenland Group. „Wir mussten die Lösung schnell und mit geringem Risiko implementieren, gleichzeitig aber das Produktionsniveau beibehalten. Die Anlagenwartung wird nach der Umgestaltung einfacher und effizienter. Das bedeutet maximale Leistungsfähigkeit unserer Anlagen und einen lange Lebensdauer ohne größere Schwierigkeiten.“

Adrian Park, Global Executive Director, Owner Operator Solutions, Intergraph

 

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