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Thyssenkrupp etabliert smarte Modularisierung im Anlagenbau

Funktionales Modularisierungskonzept für Chemieanlagen
Thyssenkrupp etabliert smarte Modularisierung im Anlagenbau

Komplexe Kundenwünsche mit maßgeschneiderten Einzellösungen zu erfüllen, galt lange als große Stärke des europäischen Anlagenbaus. Doch zunehmender Preisdruck und wachsende lokale Konkurrenz erfordern neue Lösungen. Ein Schlüssel zum Erfolg: Smarte Modularisierungskonzepte, die den Bau individueller, kundenspezifischer Anlagen mit Standardisierung und hoher Effizienz in Einklang bringen. Thyssenkrupp geht mit dem Pre-configured Plant Concept neue Wege.

Modularisierung und Standardisierung sind im Anlagenbau in aller Munde. Es geht dabei um erhebliches Einsparpotenzial: Bestehende Lösungen in neuen Projekten zu verwerten, ist einer der wirksamsten Stellhebel, um Kosten und die Produktvarianz in der fertigenden Industrie zu beherrschen. Dabei gehen Maschinen- und Anlagenbauer heute noch unterschiedliche Wege: Viele Maschinenbauer nutzen vermehrt modulare Produktbaukästen, um von einer auftragsspezifischen Einzelentwicklung (Engineer-to-Order) zu einer auftragsspezifischen Konfiguration (Configure-to-Order) zu gelangen.

Im Großanlagenbau zeichnen sich Kundenlösungen durch eine immense Diversität und Funktionskomplexität aus. Lange galt es als nicht machbar, große Anlagen funktional zu modularisieren und aus einem digitalen Produktbaukasten zu konfigurieren. Mit dem Begriff Modularisierung wurde dagegen vor allem das Zerlegen von Anlagen in einzelne Transporteinheiten beschrieben. Neue Anlagenprojekte werden heute üblicherweise aus Vorlagen früherer Projekte zusammengestellt. Dafür werden bestehende Anlagenelemente kopiert (Copy-Plant-Concept).

Das Copy-Plant-Konzept hat jedoch entscheidende Schwächen: Die Komplexität nimmt mit jeder neuen Anlagenzusammenstellung zu, da keine transparente Beziehung zwischen Funktionen und Komponenten besteht. Außerdem fließen aktuelle Verbesserungen nicht automatisch in ältere Vorlagen ein. Kurz gesagt: Das Copy-Plant-Konzept wird mit der Zeit von einer Lösung zum Problem.

Modularer Anlagenbau kann mehr

Herausforderungen wie zunehmender Wettbewerb, Preis- und Margendruck verlangen nach neuen Ideen. Wenn mithilfe von Modularisierung der Wiederverwendungsgrad optimiert, Projektlaufzeiten verkürzt und gleichzeitig Risikofaktoren im Angebotsprozess minimiert werden sollen, muss die Lösung smart sein. Als globaler Anlagenbauer konzipiert Thyssenkrupp Industrial Solutions unter anderem Großanlagen für die Chemieindustrie. Jede Anlage ist dabei ein Unikat. Jedoch besitzen alle Anlagentypen eine Reihe funktional gleicher Komponenten. Ist man in der Lage, die Struktur einer Anlage komplett digital abzubilden, können diese Komponenten im Sinn einer Gleichteile-Strategie vereinheitlicht werden. Großanlagen werden auf diese Weise tatsächlich konfigurierbar – so die Idee der funktionalen Modularisierung.

Auf dieser Basis hat Thyssenkrupp Industrial Solutions das Pre-Configured Plant Concept (kurz: PCPC) entwickelt – ein digitales, smart modularisiertes Produktmodell für konfigurierbare Chemieanlagen. Als eines der ersten Unternehmen weltweit beschreitet Thyssenkrupp damit den Weg der funktionalen Modularisierung im Anlagenbau.

Die Entwicklung des Konzepts startete im Herbst 2016. Nur ein Jahr später konnte bereits der erste modulare, konfigurierbare Anlagentyp in den operativen Betrieb starten. Bereits heute werden neue Düngemittelanlagen bei Thyssenkrupp nicht mehr mit dem Copy-Plant-Konzept geplant, sondern mithilfe eines modularen Baukastens konfiguriert.

Vom Maschinenbau lernen

Dem Pre-Configured Plant Concept liegt die sogenannte Metus-Methodik zugrunde. Diese hat sich in den letzten 15 Jahren vor allem im Automobil- und Maschinenbau etabliert. Mithilfe der Methodik werden Produkte in Funktionen und Komponenten aufgefächert. Dabei werden Abhängigkeiten und Variantentreiber identifiziert und letztlich die Komponenten eines Produktes zu funktionalen Modulen zusammengefasst. So lassen sich unterschiedliche Kundenanforderungen in ein modulares Produktmodell überführen.

Auf dieser Basis bietet das Pre-Configured Plant Concept für den Anlagenbauer Thyssenkrupp Industrial Solutions und seine Kunden entscheidende Vorteile.

  • Trotz Modularisierung und Standardisierung können die individuellen Bedürfnisse einzelner Kunden weiterhin bedient werden. Modularisierung bedeutet in diesem Fall nicht, sich auf Standardkonfigurationen zu reduzieren. Da jedes Modul das Merkmal kundenspezifisch aufweisen kann, bleibt die ursprüngliche Flexibilität erhalten – und dass ohne die typischen Nachteile: Kundenspezifische Aufwände können nun unmittelbar erkannt sowie frühzeitig und sicher bewertet werden.
  • Auch der Auftraggeber profitiert: Er kann sich über seine individuellen Anforderungen hinaus aus einem modularen Baukasten bedienen. Ist etwa ein besseres, leistungsfähigeres Standardmodul verfügbar, kann der Kunde dieses anstelle einer Individuallösung für seine Anforderung wählen. So lassen sich Kostenvorteile verwirklichen und der Kundennutzen steigern.
  • Die bekannten Vorteile, die eine modulare Produktstruktur mit sich bringt, lassen sich durch das Pre-Configured Plant Concept auch auf den Anlagenbau übertragen: Standardisierte Schnittstellen zwischen den Modulen sorgen für niedrigere Integrationsaufwände und weniger Komplexität. Durch die Wiederverwendung von Modulen können Entwicklungszeiten reduziert werden. Das spart Kosten in der Angebotsphase und reduziert Fehlerquellen, da zum Beispiel Prüfungen und Tests für bestimmte Module nur einmal durchgeführt werden müssen. Das Ergebnis: erhebliche Einsparungen bei Zeit und Kosten bei gleichzeitig höherer Qualität und Effizienz.

Von der Idee zum Konzept

Bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anlagentypen im Portfolio war es für Thyssenkrupp entscheidend, nach dem Start des Projekts so schnell wie möglich methodisch autark und weitgehend unabhängig von externen Dienstleistern agieren zu können. Damit stand eine wesentliche Anforderung an das neue System fest: Die Anlagen mussten in einem digitalen Produktmodell abgebildet werden, das durch die Ingenieure von Thyssenkrupp selbst ergänzt und erweitert werden kann – ein konfigurierbarer digitaler Zwilling, der die Brücke von den Anforderungen des Kunden bis zur Produktstruktur spannt.

Umgesetzt wurde das Projekt gemeinsam mit dem Münchner Lösungshaus ID-Consult. Die Zusammenarbeit ergab sich, nachdem man im Auswahlprozess feststellte, dass eine reine Modularisierungsberatung nicht ausreichen würde. Nur eine Gesamtsicht auf das Produkte – von den Marktanforderungen bis hin zur Produktarchitektur – und die entsprechende Abbildung in einer Software konnte das Projekt entscheidend voranbringen.

Gemeinsam entwickelten ID-Consult und Thyssenkrupp einen dreistufigen Plan zur Umsetzung: In der ersten Phase sollte die Metus-Methodik zunächst für die Planung von Salpetersäureanlagen eingeführt werden. Gleichzeitig wurde ein umfassender Know-how-Transfer geplant, um die Weitergabe von Wissen hinsichtlich Methoden und Werkzeugen an die zukünftigen Nutzer sicherzustellen. Nach einem erfolgreichen ersten Durchlauf sollten weitere Anlagentypen autark durch die Ingenieure von Thyssenkrupp modularisiert werden.

Bereits kurz nach Projektstart stellte sich heraus, dass auch weitere Bereiche die neue Methode nutzen wollen. So wurde das PCPC-Projekt unmittelbar auf eine zweite Anlagentechnologie (Ammoniak) ausgeweitet. Damit eröffneten sich neue Möglichkeiten: Man konnte die Modularisierung nun unmittelbar über mehrere Anlagentypen hinweg betrachten. Der Vorteil dabei: Anlagenübergreifend konnten zahlreiche Funktionen – etwa die Wasseraufbereitung oder der Leitstand – als Cross-Technology-Module ausgeführt und weitgehend identisch über die verschiedenen Anlagen hinweg verwendet werden. Heute nutzt Thyssenkrupp das Pre-Configured Plant Concept erfolgreich für die Planung verschiedener Anlagentypen.

Konzept für die Zukunft

Mit dem Pre-Configured Plant Concept hat Thyssenkrupp ein funktionales Modularisierungskonzept für Chemieanlagen entwickelt, das bei der Planung neuer Anlagen Zeit und Kosten spart und die Produktivität des Planers erhöht. Dabei liefert der digitale, modulare Funktionsbaukasten technische Konzepte, die dennoch auf die jeweiligen individuellen Kundenanforderungen zugeschnitten sind.

Das Konzept überzeugt vor allem durch drei Elemente: Steigender Kundennutzen durch reduzierte Kosten bei gleichbleibender Flexibilität, mehr Qualität durch weniger Fehlerquellen sowie kürzere Projektlaufzeiten. Thyssenkrupp wendet die Methodik des Pre-Configured Plant Concept auf folgende Technologien an: Salpetersäure, Ammoniak, Wasserstoff sowie Ammoniumnitrat. Und das Potenzial ist längst nicht ausgeschöpft: Weitere Anlagentypen werden sukzessive folgen. Dabei agiert das Unternehmen methodisch autark. Die Metus-Software kommt weiterhin für die Darstellung der Produkt-Architekturen mit ihren jeweiligen Abhängigkeiten zum Einsatz.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0518thyssenkrupp

Halle 9.1, Stand C3


Autor: Johannes Dammeier

Senior Process Engineer
Nitrates & Phosphates

Thyssenkrupp Industrial Solutions


Autor: Jens Mathiak

Head of Process Nitrates & Phosphates,

Thyssenkrupp Industrial Solutions


Statement

Modularisierung ist als solches bereits ein vielversprechendes Konzept: Nur ein modulares Produkt kann auch ein konfigurierbares Produkt sein – und Konfigurieren ist meist einfacher und günstiger als neu zu entwickeln. Smart wird das Konzept, wenn man – wie beim Pre-Configured Plant Concept (kurz: PCPC) von Thyssenkrupp – auf kundenspezifische Erweiterungen trotz Modularisierung nicht verzichten muss. Die Verbindung von Modularisierung mit gleichzeitiger Flexibilität macht das Konzept smart. Trotzdem steckt noch viel mehr dahinter: Was das Konzept besonders macht, sind die sog. Cross-Technology-Module. Sehr früh erkannte man durch die funktionale Beschreibung, dass dieselben Funktionen in verschiedenen Anlagentypen zwar gleichermaßen benötigt, aber individuell unterschiedlich umgesetzt werden. Dieses erhebliche Standardisierungspotenzial wurde mit PCPC erschlossen: Ein Baukasten wird bereitgestellt, aus dem sich alle Anlagentypen bedienen können. Mit jedem weiteren, eingebundenen Anlagentyp verstärkt sich die positive Wirkung.

Dr. Jan Göpfert, Gründer und Geschäftsführer, ID-Consult
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