Industrie 4.0 Steinbeis Papier – Optimierung durch Big Data

Autor / Redakteur: Volker Haentjes / Nico Litzel

Steinbeis Papier setzt konsequent auf Datenanalyse. Ergebnis: Das Unternehmen wendet Störungen ab, arbeitet effizienter und baut seinen Vorsprung in Sachen Nachhaltigkeit weiter aus.

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Der Autor: Volker Haentjes ist Senior Director, SAP HANA Product Marketing
Der Autor: Volker Haentjes ist Senior Director, SAP HANA Product Marketing
(Bild: SAP)

Mit dem Green Deal der EU-Kommission müssen sich Unternehmen in Sachen Kreislaufwirtschaft kräftig ins Zeug legen: Deutschland nutzt bislang nur ein Zehntel der natürlichen Ressourcen ein zweites Mal, „der derzeitige Zustand der Kreislaufwirtschaft in Deutschland ist unzureichend“, moniert die Boston Consulting Group. Laut ihrer Berechnung müsste der Anteil der Kreislaufwirtschaft bei mindestens 50 Prozent liegen, damit sich die Erde regenerieren kann. Denn etwa die Hälfte der gesamten Treibhausgasemissionen und mehr als 90 Prozent des Biodiversitätsverlusts sowie der Wasserknappheit sind nach Angaben des Bundesverbands Sekundärrohstoffe und Entsorgung auf die Rohstoffgewinnung und die Verarbeitung von Materialien, Brennstoffen und Lebensmitteln zurückzuführen.

Vorreiter in Sachen Nachhaltigkeit

Das geht auch anders: Die Steinbeis Papier GmbH, ein mittelständisches Familienunternehmen aus Norddeutschland, wusste bereits in den 70er-Jahren, wie Kreislaufwirtschaft funktioniert. Am Standort Glückstadt nahe Hamburg betreibt das Unternehmen heute eine der modernsten ökologisch-integrierten Papierfabriken in der Recyclingpapierindustrie. Lange bevor Corporate Social Responsibility, Umwelt- und Klimaschutz sich zum Industrietrend des 21. Jahrhunderts entwickelten, hatte sich das Unternehmen für eine ökologische Modellierung seines Produktionsbetriebs entschieden. Weg von der energie- und ressourcenintensiven Herstellung, hin zu einer Wertschöpfungskette, die auf den Prinzipien von Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft basiert. Steinbeis Papier ist europäischer Marktführer für grafische Recyclingpapiere und produziert pro Jahr rund 300.000 Tonnen Druck- und Kopierpapiere, Offset- und Digitaldruckpapiere aus 100 Prozent Altpapier. Was in einem Radius von 150 Kilometern rund um Glückstadt in der blauen Papiertonne landet oder was Druckereien, Grossisten und Verlage aussortieren, ist für Steinbeis Rohstoff und wird zu neuem Papier verarbeitet.

Eine Vorreiterrolle in der Branche nimmt das Unternehmen jetzt auch in Sachen Digitalisierung ein. In der Transformation sieht es einen wichtigen Hebel, um Wachstumspotenziale weiter auszubauen. Steinbeis Papier will ressourcenschonend, aber kosteneffizient Papier herstellen, das konstant qualitativ hochwertig ist. „Wir müssen einfach besser und schneller sein, deshalb ist die Effizienz unserer IT überlebenswichtig für uns“, sagt Geschäftsführer Ulrich Feuersinger. Vor drei Jahren begann Steinbeis Papier, die digitale Transformation von der Produktion auf das komplette Unternehmen auszuweiten. Das Projekt „Industrie 4.0 @Steinbeis Paper“ entstand in Zusammenarbeit mit der Avato Consulting AG und SAP. Im Kern des Projekts: Big Data.

Fundierte Entscheidungen in Echtzeit

Natürlich hatte der Mittelständler, dessen Produktion längst stark automatisiert arbeitet, auch schon zuvor den Wert der Daten erkannt – aber deren Potenzial bei weitem nicht ausgeschöpft. Seine Maschinen sind vernetzt und liefern Sensordaten wie Temperatur, Drehzahl, Druck oder Durchfluss. Auf dieser Basis konnte Steinbeis Papier nachträglich die Ursache einer Störung analysieren. Das reichte dem Unternehmen jedoch nicht mehr. Es wollte die Vielzahl der Informationen nutzen, um solchen Ausfällen vorzubeugen. Hier sollte die neue Industrie-4.0-Lösung ansetzen, die vorhandenen Daten im Hintergrund permanent auswerten und danach die Erkenntnisse nahezu in Echtzeit ausspielen.

Mehr noch: Das Unternehmen wollte die Trennung zwischen Produktions- und SAP-Welt aufheben und hat die Daten von 25.000 Maschinensensoren mit jenen Infos aus den kommerziellen SAP- und Fertigungsmanagementsystemen (Manufacturing Execution System, MES) in einer einzigen Datenbank zusammengeführt. Damit ist es möglich, KPIs in Echtzeit auszuwerten und Anomalien in den Daten rasch zu erkennen. Resultat: Noch ehe Probleme in der Produktion oder den Geschäftsprozessen tatsächlich Störungen verursachen, können sie beseitigt werden. So arbeitet Steinbeis Papier nun noch deutlich effizienter als zuvor.

SAP HANA: schnelle Verarbeitung großer Datenmengen

Für die Datenanalyse setzt Steinbeis Papier das Avato Smart Data Framework ein, das auf SAP HANA aufbaut. Für SAP HANA sprechen laut Avato und Steinbeis Papier dabei drei Gründe: Die hohe Performance der Datenbank, ihre extreme Datenkompression und die Tatsache, dass SAP HANA relationale Datenmodelle und Graphmodelle in einer Anwendung integriert, einschließlich tabellarischer, grafischer und räumlicher Daten. So können Datenflüsse, Prozess- oder Lieferketten grafisch visualisiert und in Quasi-Echtzeit analysiert werden.

Bei Steinbeis Papier liefern die Maschinensensoren dem Framework nun sekündlich binäre und analoge Datenströme. SAP HANA hält diese Infos dann für mehrere Jahre bereit, um z. B. Vergleichsdaten für Fehleranalysen durch maschinelles Lernen auszuwerten. Damit die Produktionsprozesse automatisiert überwacht und die gesamte Wertschöpfungskette optimiert werden können, unterstützen Zeitreihenanalysen, statistische Lernmethoden sowie diverse Regressions- und Prognose-Algorithmen der SAP Analytics Cloud bei der Analyse – visualisiert mithilfe eines Dashboards.

SAP HANA erledigt selbst komplexe Anfragen an diese riesigen Datenmengen in weniger als einer Sekunde. Die Anlagenstruktur, die Produktions- und die Geschäftsprozesse liegen teilweise in Graphmodellen als digitale Kopien ab – und dafür ist eine SAP-HANA-Instanz von nur 256 Gigabyte notwendig.

Datenprojekte: Gute Vorbereitung ist Pflicht

Steinbeis Papier merkte schnell, dass Daten ihre „Geheimnisse“ nicht umstandslos preisgeben. „80 Prozent des Projektaufwands stecken in der Datenvorbereitung“, erklärt Michael Hunold, Leiter Neue Prozesse bei Steinbeis. Sein Unternehmen musste gemeinsam mit Avato erst einmal klären, welche Daten für die Auswertung relevant sind oder in welcher Einheit und mit welcher Codierung sie übertragen werden. Anschließend bereiteten die Expertenteams die Datenströme so vor, dass sie sich gut auswerten lassen. Weil das Projekt die Beschäftigten, die Produktions- und Abteilungsleiter bei ihrer täglichen Arbeit unterstützen soll, hat Steinbeis Papier daher verschiedene Fragestellungen aus dem Unternehmen aufgegriffen und in konkreten Use Cases abgebildet.

Kernanwendung: Anomalien erkennen, Ausfällen vorbeugen

Dank SAP HANA lernt Steinbeis Papier aus der Geschichte vorhergehender Produktionen: Anhand der Daten sieht das Unternehmen in Echtzeit, ob es an irgendeiner Stelle zu Abweichungen kommt, die die Qualität des Papiers mindern oder die Effizienz der Prozesse senken. Einen drohenden Lagerschaden etwa können die Beschäftigten heute an den Daten ablesen, bevor er passiert – wenn beispielsweise die Antriebe bei der Leistungsaufnahme auffällige Werte zeigen. Die Folge: Die automatisierte Qualitätsüberwachung und Alarmierung haben die Detektionszeiten von Steinbeis inzwischen deutlich reduziert.

Nicht nur die Produktion profitiert von der Datenanalyse. Der Einkauf führt heute Massenanalysen durch, überwacht alle Warengruppen und hat mit wenigen Klicks eine genaue Übersicht, wo welche Gelder hinfließen. Die Leistungen der Lieferanten lassen sich anhand der Daten leichter bewerten, Verhandlungen besser führen. Schritt für Schritt wird Steinbeis Papier weitere Unternehmensbereiche wie zum Beispiel die vollbiologische Kläranlage anbinden. Die Integration weiterer Unternehmen aus den Geschäftsfeldern der Kreislaufwirtschaft und umweltfreundlichen Energieerzeugung der Steinbeisgruppe ist ebenfalls in Planung.

Digitaler Schub für die Nachhaltigkeit

Die Plattform erhöht nicht nur die Effizienz und verbessert die Wettbewerbsposition des Papierherstellers, sondern verstärkt zusätzlich dessen Nachhaltigkeitsgedanken. Weil Abweichungen in den Prozessen zu einem höheren Energie- und Rohstoffverbrauch und Ausfallzeiten führen, ist es wichtig, diese rechtzeitig zu erkennen und gegen zu steuern. Die Industrie-4.0-Plattform liefert hierzu einen wichtigen Betrag. Das konsequente Monitoring ist damit nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch sinnvoll.

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