Nach einer Analyse des Chemonitor vom Frühjahr 2017 nutzen immer mehr Chemie- und Pharmaunternehmen digitale Technologien oder sehen sich als Innovatoren digitaler Entwicklungen. Hatte sich 2015 noch eine Minderheit (29 %) in der Branchenumfrage in dieser Kategorie gesehen, sind es jetzt bereits 71 %. Als Vorreiter sehen sich naturgemäß die Branchenriesen, die das Thema bereits frühzeitig auf ihre Fahnen geschrieben haben.
Für die BASF beispielsweise besitzt das Thema Digitalisierung eine hohe strategische Priorität. „Unser Ziel ist es, die digitale Transformation in der Chemieindustrie anzuführen“, betont Frithjof Netzer, Chief Digital Officer der BASF. Durch die Nutzung von digitalen Technologien und Daten will sein Unternehmen unter anderem die Effektivität und Effizienz der Prozesse steigern. „Wir werden die Chancen, die uns digitale Technologien bieten, in allen Bereichen und Funktionen nutzen – von der Fabrik über die Logistik bis zu Forschung und Entwicklung.“
Modellbasierte Datenanalysen
Um die Chancen zu nutzen und den digitalen Wandel im Unternehmen voranzutreiben, haben die Ludwigshafener Anfang 2015 das Projekt „BASF 4.0“ gestartet. Seither loten bereichsübergreifende Teams die Möglichkeiten der intelligenten Nutzung von Daten und digitalen Technologien aus, testen sie in Pilotprojekten und rollen sie dann im Unternehmen aus. Dies erstreckt sich auf die Bereiche Fertigung, Liefer- und Logistikkette, Innovation & Technologien, digitale Geschäftsmodelle sowie Personalwesen.
Ein Beispiel dafür ist die vorausschauende Instandhaltung: Mithilfe von modellbasierten Datenanalysen lässt sich der optimale Zeitpunkt für Instandhaltungsmaßnahmen besser vorhersagen. Im Steamcracker – einem Herzstück der Produktion in Ludwigshafen – wird bereits auf Predictive Maintenance gesetzt. Mehrere tausend Sensoren erfassen rund um die Uhr Prozessdaten wie Druck und Temperatur zur Überwachung und optimalen Steuerung der Anlage. Ein weiteres Projekt ist Augmented Reality: Mitarbeiter in den Anlagen erhalten durch industriespezifische Tablets jederzeit Zugriff auf digitale Informationen. Das unterstützt sie bei Wartungsarbeiten und macht die Arbeitsvorgänge transparenter und effizienter.
Digitalisierung in der Konzeption
Bei der Planung und dem Bau neuer Anlagen finden Ansätze der Digitalisierung überall auf der Welt Anwendung. So unterstützt Siemens das chinesische Unternehmen Sedin Engineering Co. Ltd. bei der Konzeption eines Druck-Kohlevergasungsreaktors. Im Rahmen der Zusammenarbeit lieferte Siemens unter anderem die Engineering-Software Comos, die Virtual-Reality-Plattform Walkinside und das Prozessleitsystem Simatic PCS 7. Hinzu kamen Simit für die Simulation und XHQ, die Operational Intelligence Software zur Verarbeitung und Darstellung der Produktionsdaten.
Über Comos konnte Sedin die gesamten Daten des Engineering-Prozesses integrieren und somit ein durchgängiges Werksdesign erstellen. Detailtiefe und Datenumfang der Software reduzierten den Aufwand für den Designprozess um 20 %. Über den bidirektionalen Datenaustausch zwischen Comos und PCS 7 bleiben Designdaten und Automatisierungssystem immer konsistent, sodass die Ingenieure beispielsweise die Designdaten ohne manuelles Handling direkt für das Engineering der Prozesssteuerung nutzen konnten. Damit ließ sich der Konfigurationsaufwand um rund 25 % verringern.
Mit der Simulationssoftware Simit erstellte Sedin den digitalen Zwilling der Anlage. Dieser diente einer virtuellen Inbetriebnahme, bei der sich potenzielle Fehler ermitteln und beheben ließen. Die Software erleichtert auch das Training der Anlagenbediener, da diese bereits in Workshops vor und während der Inbetriebnahme geschult wurden. Zudem stellt Comos mit Walkinside ein 3-D-Anlagenmodell zur Verfügung, in dem sich die Anwender bewegen und virtuelle Notfallszenarien üben können.
Prozesssicherheit als entscheidendes Kriterium
Über die Lösung XHQ ist Sedin in der Lage, ortsunabhängig den Status verschiedener Vergaser einzusehen und nachzuverfolgen, deren Leistung zu überwachen und zu optimieren. Die Plattform verdichtet, überprüft und analysiert Daten ganz unterschiedlicher Herkunft. Sie liefert den Anlagenbetreibern eine fundierte Datenbasis zum Zustand der Anlagen und trägt damit zur Prozesssicherheit bei.
Generell spielt die Prozesssicherheit eine entscheidende Rolle auf dem Weg zur Chemieanlage 4.0. Auch kleinere Unternehmen setzen entsprechende Lösungen um. So hat die CHT R. Beitlich GmbH aus Dusslingen für die Modernisierung ihrer Prozessanlagen erst vor kurzem den Award I4.0 des Landes Baden-Württemberg erhalten. „Wir haben die Prozesssicherheit und die Produktqualität erhöht und können wesentlich flexibler und schneller auf die sich ändernden Marktanforderungen reagieren“, erklärt Günther Schätzle, Leiter Betriebstechnik bei dem Spezialchemiehersteller.
Zuvor gab es bei CHT keine skalierbare technische Lösung für Prozesssteuerung, die die Anforderungen an einen durchgängigen und schnellen Datenaustausch erfüllte. Dann stellte das Unternehmen auf das B&R-Prozessleitsystem Aprol um. In dem System sind bereits alle Komponenten integriert, die für eine umfassende Vernetzung nötig sind. „Das hat uns sehr viel Aufwand erspart“, sagt Schätzle. Mit der neuen Industrie-4.0-Lösung erreichte CHT einen modularen Aufbau der Prozesssteuerung, eine sicherere Anlagentechnik und vor allem Skalierbarkeit. Der Produktionsablauf wurde transparenter, die Produktqualität erhöht. Nach den positiven Erfahrungen mit den ersten Pilotanlagen weitet CHT die neue Prozesssteuerung nun auf alle Fabriken aus.
Das Unternehmen ist auch auf der Landkarte der Plattform Industrie 4.0 vertreten. Diese Initiative, die auf der Hannover Messe 2013 begründet wurde, hat den Anspruch, alle relevanten Trends und Entwicklungen im Bereich der produzierenden Industrie zu identifizieren und im Sinne eines einheitlichen Gesamtverständnisses von Industrie 4.0 zusammenzuführen. Mehr als 300 Anwendungsbeispiele aus der deutschen Praxis zeigen, wie innovative Prozesse, die die Anlagentechnik, IT-Systeme und betriebswirtschaftliche Modelle stärker vernetzen, bereits heute von Unternehmen und Forschungseinrichtungen entwickelt und umgesetzt werden. Die Sammlung wächst im Zuge der Arbeit der Plattform stetig weiter.
Spezielle Systeme für die Prozessindustrie
Bei der Umsetzung digitaler Prozesse kommt es darauf an, sich den richtigen Partner zu suchen. Lösungsanbieter wie B&R, Wago, Turck und viele andere stellen sich dem Fachpublikum im November auf der SPS IPC Drives. Komponenten und Systeme für Industrie 4.0 bilden einen der großen Schwerpunkte auf der Fachmesse, und die meisten der Anbieter verfügen über spezielle Systeme für die Prozessindustrie.
Endress+Hauser etwa hat mit Memosens bereits vor mehr als zehn Jahren eine wegweisende Sensortechnologie für die Flüssigkeitsanalyse in Branchen wie Chemie, Energie, Lebensmittel sowie Wasser und Abwasser auf den Markt gebracht. Memosens-Sensoren messen beispielsweise den pH-Wert in Flüssigkeiten und wandeln ihn noch im Sensor in ein digitales Signal um. Die Daten werden kontaktlos weitergegeben und sorgen für sehr genaue, reproduzierbare und zuverlässige Messergebnisse. Zudem vereint die Technologie eine hohe Prozess- und Datensicherheit mit einfacher Handhabung: Sie widersteht Korrosion und Feuchtigkeit, lässt sich im Labor kalibrieren und ermöglicht eine vorausschauende Wartung. Im Juni 2017 wurde Memosens mit dem Digital Champion Award ausgezeichnet.
Cybersicherheit angehen und umsetzen
Mit der zunehmenden Vernetzung von Produktionsanlagen und dem stetig steigenden Datenvolumen erhöht sich auch das Risiko von Angriffen aus dem Internet. Laut dem Global Cybersecurity Index der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) liegt Deutschland in puncto Cybersicherheit nur auf Platz 24 – noch hinter Ländern wie Malaysia, Ägypten oder Mauritius. „Cybersicherheit muss von den Industrieunternehmen angegangen und umgesetzt werden“, betont Henning Rudolf, Leiter Plant Security Services bei Siemens. Aktuellen Erhebungen zufolge benötigt mehr als die Hälfte der Unternehmen mehr als drei Stunden, bis die betroffene Anlage nach einer Cyberattacke wieder funktionsfähig ist.
Erst kürzlich hat Siemens mit der International Society of Automation (ISA) eine weltweite Zusammenarbeit vereinbart, um das Bewusstsein für die Anforderungen an Industrial Security und für Sicherheitsstandards zu schärfen. Ein modernes Schutzkonzept wie das von Siemens Plant Security Services bedient mehrere Ebenen und umfasst die Anlagenbestandserfassung und -verfolgung, das Erkennen und Schließen von Sicherheitslücken, Netzwerk-Segmentierung, Sicherheitsmanagement für Industrieanlagen sowie die Bewältigung von Sicherheitsvorfällen (Incident Handling).
Faktor Mensch nicht außer Acht lassen
Bei allem Bestreben, die digitale Transformation voranzutreiben, darf ein Faktor nicht außer acht gelassen werden: der Mensch. Die BASF beispielsweise sieht eine spezifische Herausforderung bei der Umsetzung von Digitalisierungsstrategien darin, das Thema für die Mitarbeiter anhand von konkreten Beispielen greifbar und attraktiv zu machen. „Wir wollen unsere Beschäftigten ermutigen, neue Dinge auszuprobieren, direkt zu testen und die Digitalisierung unseres Unternehmens mitzugestalten“, unterstreicht Frithjof Netzer.
Wenn die physische und die digitale Welt zusammenwachsen, wird der Frage, wohin sich die Arbeit entwickelt, entscheidende Bedeutung zukommen. Um darauf Antworten zu geben und innovative Ansätze zu entwickeln, wurde im Frühjahr am Fraunhofer-Campus in Stuttgart das Future Work Lab eröffnet. Das Innovationslabor für Arbeit, Mensch und Technik richtet sich an Industrie, Gewerkschaften, Politik und Wissenschaft und vor allem an Produktionsarbeiter. Denn eines ist klar: In der künftigen Arbeitswelt werden andere Kompetenzen als heute gefragt sein. Auch das ist Industrie 4.0.
Suchwort: cav1017industrie-4-0
Autor : Jens-Peter Knauer
Freier Journalist
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