Einblicke in Echtzeit

Der Autor: Ashkan Ashouriha ist Solution Architect Integrated Architecture & Connected Enterprise bei Rockwell Automation

Großgeräte für die Öl- und Gasindustrie sind die Spezialität des texanischen Unternehmens M.G. Bryan. Ein Wachstumstreiber ist dabei vor allem die Erdgasförderung per Fracking, wozu das Unternehmen entsprechendes Equipment sowohl verkauft als auch vermietet. Fracking-Fahrzeuge, die 1 Mio. US-Dollar und mehr kosten, kommen dabei auch in entlegenen Gebieten und unter extremen Umgebungsbedingungen zum Einsatz. Alle 200 bis 400 Betriebsstunden müssen zudem die Ölfilter ersetzt werden, alle 4.000 bis 7.000 Betriebsstunden ist eine Generalüberholung des Motors erforderlich. Das Problem dabei: Der Ausfall eines Fracking-Fahrzeugs kann pro Tag Kosten von 3.000 bis 7.000 US-Dollar verursachen – den Produktionsausfall nicht mit eingerechnet. Da insbesondere an abgelegenen Orten eine Mobilfunkverbindung fehlen kann, führen die meisten Produzenten trotz der hohen Kosten ein Ersatzfahrzeug mit, um die Produktion nicht zu gefährden.

Doch gerade die Bereitstellung von Ersatzfahrzeugen macht das Fracking so teuer und vielen kleineren und mittelgroßen Öl- und Gasproduzenten fehlt das Know-how bezüglich der Steuerungssysteme sowie Wartung der Anlagen. Mit dem Ziel, die Anlagenlaufzeit zu optimieren, entschloss sich M.G. Bryan dazu, in Zusammenarbeit mit Rockwell Automation ein neues Steuerungs- und Informationssystem (Asset Performance Management – kurz APM) für Fracking-Fahrzeuge zu entwickeln. „Wir wollten eine Lösung realisieren, die nach 1000 Lastwagen ebenso gut funktioniert wie nach den ersten fünf“, berichtet Josh Rabaduex, Director of Engineering bei M.G. Bryan. „Klar war uns außerdem, dass wir keine großen Hardware-Investitionen tätigen konnten und auch keine langwierigen Systemwartungsmaßnahmen durchführen wollten.“ Ein herkömmliches Rechenzentren wäre damit nicht in Frage gekommen.

Das neu entwickelte System nutzt deshalb die Cloud-Computing-Plattform Microsoft Windows Azure in Verbindung mit der FactoryTalk Software Suite für den sicheren Fernzugriff auf Echtzeitdaten (siehe dazu Kasten: Cloud und Sicherheit). Es führt Informationen aus verschiedenen Datenquellen zusammen und erlaubt auf Basis des Cloud Computings den Zugriff, ohne dass M.G. Bryan oder dessen Kunden eigene Rechenzentren einrichten und verwalten müssen.

Das Steuerungssystem jedes Fahrzeugs enthält eine programmierbare Automatisierungssteuerung des Typs Allen-Bradley CompactLogix. Aus diesen Steuerungen werden Einsatzdaten über eine cloudbasierte Version der FactoryTalk-VantagePoint-Software gesammelt, um ein umfassendes Bild der Fahrzeug- und Fuhrpark-Performance zu liefern. Die Daten werden dabei mit Hilfe von Mobilfunkmodems in die Cloud geschickt. In kleinste Pakete unterteilt, lassen sie sich selbst bei mäßigem Mobilfunkempfang übertragen. Für den Fall, dass dennoch keine Verbindung aufgebaut werden kann, werden die Daten in einem Gateway zwischengespeichert und gesendet, sobald sich wieder eine Verbindung herstellen lässt.

„Über mobile Geräte und per Web-Browser können wir jetzt die entsprechenden Daten aus der Cloud ziehen, um Berichte über den Zustand des Antriebsstrangs und der Fracking-Leistung eines jeden Fahrzeugs zu erstellen“, fährt Rabaduex fort. Zudem erhalte man Angaben zur Prozessleistung und zum Wartungsbedarf des ganzen Fuhrparks. „Durch die Kombination unseres neuen Informationssystems mit der Flexibilität und Skalierbarkeit des Cloud Computings haben wir damit den Weg zu umfangreichen Verwaltungslösungen geebnet – sowohl für unseren eigenen Fuhrpark als auch Fahrzeuge, die wir verkaufen.“

Betriebszeit und Produktivität profitieren von der neuen Lösung durch den unmittelbaren – gleichwohl sicheren – Zugriff auf dezentrale Anlagendaten. So ließ sich in einem Fall beispielsweise die Ursache für Drehzahlschwankungen eines Motors finden. Dies kann sehr gefährlich sein, weil schnelle Änderungen der Drehzahl direkt den Druck in den Rohren beeinflussen, mit denen die Fracking-Flüssigkeit in den Boden gepumpt wird. Platzt infolge der Druckänderung ein Rohr, gefährden umherfliegende Splitterteile Mitarbeiter und Geräte und die Produktion steht still. Es galt also, den Grund für die Drehzahlschwankungen zu finden – keine einfache Aufgabe, weil neben dem Verschleiß des Motors auch das Eindringen von Fremdmaterial oder der Ausfall anderer Bauteile die Ursache sein konnten. Mit Hilfe des Cloud-basierten Systems konnten sich aber Mitarbeiter von M.G. Bryan umgehend einloggen und die Daten des betreffenden Fahrzeugs überprüfen. Sie stellten einen Abfall des flüssigkeitsseitigen Eingangsdrucks der Pumpe von 60 auf 6 psi fest, was auf Pumpenkavitation hindeutete: Der Vorrat in den Tanks des Kunden ging zur Neige. Nach Öffnen eines versehentlich geschlossenen Schiebers war das Problem gelöst – und all das innerhalb von etwa 10 Minuten. Rechtzeitig verhindern ließ sich auf diese Weise nicht nur, dass Mitarbeiter zu Schaden kamen, sondern auch, dass die Pumpe Luft ansaugte und beschädigt wurde – andernfalls wären Ersatzteile im Wert von zirka 60.000 US-Dollar und die 160 km lange Anreise des Kundendienstes erforderlich gewesen.

„Weil wir die Fahrzeugnutzung jetzt aufgeschlüsselt nach Tagen, Stunden und Minuten verfolgen können, konnten wir unsere Mietverträge ändern“, fasst Josh Rabaduex die Erfahrungen mit dem neuen System zusammen. „Anstelle der branchenüblichen Monatsverträge können wir nun ein Konzept anbieten, das die tatsächliche Nutzungszeit in Rechnung stellt – unsere Kunden müssen also keine Monatsverträge mehr abschließen und für Ersatzfahrzeuge, die niemals zum Einsatz kommen, genauso viel bezahlen wie für Fahrzeuge, die rund um die Uhr genutzt werden.“ Bezahlt wird nur für die Tage, an denen die Fahrzeuge wirklich in Betrieb sind. Aufgestoßen wurde damit die Tür zu einem neuen Geschäftsmodell, das Projektrisiken und Produktionskosten verringert und die Zeitspanne reduziert, in der sich Fracking-Fahrzeuge amortisiert haben.

Aktuelle Besitzer von Fracking-Fahrzeugen von M.G. Bryan haben deshalb bereits mehr als 25 Nachrüstungen in Auftrag gegeben, um ihren Fuhrpark mit dieser Lösung auszustatten. Zudem will das Unternehmen das damit verbundene Innovationspotential noch weiter ausschöpfen. „Wir überlegen, wie wir für unsere Kunden die Produktionsleistung sichtbar machen können und wie sich die Daten für vorbeugende Wartungsmaßnahmen nutzen lassen“, so Rabaduex abschließend. „Wir können jetzt belastbare Daten vorlegen, die zeigen, dass unsere Pumpen und andere Komponenten länger halten.“ Auch in Garantiefällen könne man sich auf Fakten stützen und schließlich Kunden informieren, wann die Zeit für einen Luftfilterwechsel oder eine Motorüberholung gekommen ist. „Die Möglichkeiten sind endlos.“ co