gesponsertDigitalisierung und Automatisierung Der Weg für eine nachhaltige Prozessindustrie – starten Sie jetzt

Die Industrie steht unter zunehmendem Druck, klimafreundlich zu produzieren. Die digitale Transformation der Prozessindustrie bietet enorme Chancen für mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit. Notwendig dafür sind konsequente Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen.

Weniger Abfall, geringerer Energieverbrauch und dadurch reduzierte Kosten bei gleichzeitig verbesserter Gesamteffizienz – das ist das Ziel. Aber wo soll man anfangen? Tatsächlich gibt es viele Maßnahmen, mit denen jeder Hersteller sofort beginnen kann.

Eine energieeffiziente Produktion beginnt beispielsweise mit der Optimierung der Antriebssysteme in Industrieanlagen, denn Elektromotoren machen fast 70 Prozent des Strombedarfs aus. Durch einen ganzheitlichen Systemansatz können Energieeinsparungen bis zu 60 Prozent für den gesamten Antriebsstrang erzielt werden. Dazu gehören die Steigerung des Wirkungsgrades des Motors selbst, der drehzahlvariable Betrieb durch Frequenzumrichter und die Optimierung durch integrierte digitale Lösungen. Beispiele sind hier die Simulation des Antriebsstrangs, virtuelle Inbetriebnahme, Sammeln von Echtzeitdaten aus der Produktion, Apps, die Transparenz über den Energieverbrauch des gesamten Antriebssystems ermöglichen, sowie der Einsatz von künstlicher Intelligenz zur vorausschauenden Wartung.

Bestandsanlagen smart machen

Durch die Nachrüstung von Brownfields mit intelligenten Sensoren können Energie, Abfall und Kosten eingespart und gleichzeitig die Wartungszyklen verbessert werden. Künstliche Intelligenz unterstützt die vorausschauende Wartung von Anlagenkomponenten wie Pumpen, Ventilen und Stellungsreglern, während intelligente Stellungsregler den Druckluftverbrauch in Anlagen deutlich reduzieren können. Die Fernüberwachung von Sensoren hat viele Vorteile, einschließlich der Möglichkeit, Energieverbrauchsdaten von einzelnen Komponenten oder der gesamten Anlage zu verfolgen. Diese Informationen können verwendet werden, um eine vorausschauende Wartung durchzuführen, Ausfallzeiten zu vermeiden und den Energieverbrauch zu optimieren.

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Auch das Rückgrat der Wettbewerbsfähigkeit in der Prozessindustrie, die Steuerungstechnik, kann auf Nachhaltigkeit optimiert werden. Einmal implementiert, ist es dazu gedacht, für eine lange Zeit nicht ausgetauscht zu werden. Nichtsdestotrotz ist für viele gängige Prozessleitsysteme (DCS), die heute in Betrieb sind, immer noch eine Vor-Ort-Wartung erforderlich. Die Dinge können sich jedoch stark verbessern, wenn ein webbasiertes DCS verwendet wird. Anlagenbetreiber können durch den Einsatz dieser neuen Art von Prozessleitsystemen ihr Nachhaltigkeitsmanagement auf ein neues Level bringen, indem sie am Hauptpunkt der Anlagensteuerung ansetzen: Die orts- und geräteunabhängige Steuerungsfähigkeit einer webbasiert arbeitenden Steuerung ermöglicht es Betreibern, von überall auf der Welt darauf zuzugreifen und ihre Anlagen zu steuern. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, zur Bedienung oder Einweisung in das Leitsystem zu einzelnen Anlagenstandorten zu fahren.

Digital-Twin-Technologie steigert Effizienz auf allen Ebenen

Bestehende Maschinen und Komponenten smart zu machen, ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer digitalisierten Industrieanlage, aber das ist noch nicht alles. Tatsächlich gibt es viel mehr Potenzial für eine nachhaltige Prozessindustrie, wenn man die nächste Stufe der digitalen Transformation erreicht: den umfassenden digitalen Zwilling.

Ein umfassender digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, das sich im Laufe der Zeit zusammen mit dem Produkt, dem Produktionsprozess und der Leistung, die es darstellt, entwickelt und verändert. Es verschmilzt die virtuelle und die reale Welt und verwischt die Grenzen zwischen Engineering- und Prozessdomänen. Mit den aus der physischen Welt erfassten Leistungsdaten können Anlagenbetreibern geschlossene Kreisläufe zwischen der virtuellen und der physischen Welt über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg schaffen und umsetzbare Erkenntnisse und fundierte Entscheidungen entwickeln – für ein ganzheitliches Nachhaltigkeitsmanagement.

Das ultimative Ziel: ein geschlossener Entscheidungskreislauf zur kontinuierlichen Optimierung

Zudem kann der gesamte Produktionsablauf digitalisiert werden: Durch den Einsatz digital optimierter Fertigungsverfahren, Datenanalysen und virtueller Inbetriebnahmen können Kunden erhebliche Energiemengen und damit verbundene CO₂-Emissionen reduzieren. Anlagenbetreiber erkennen die gegenwärtige „Emissionslücke“ und bekommen Empfehlungen für Maßnahmen, um diese zu verkleinern.

Ein solcher digitaler Zwilling des Prozesses basiert auf Daten aus der realen Anlage. Mithilfe von Simulationsmodellen und Data Science entsteht eine virtuelle Anlage, mit der der Prozess optimiert und Vorhersagen und Steuerungsmaßnahmen an die reale Anlage zurückgesendet werden. Dadurch entsteht eine iterative Schleife, in der Simulationsmodelle verwendet werden, um Erkenntnisse über den Ist-Zustand zu gewinnen und Vorhersagen über den zukünftigen Zustand des Prozesses in der realen Welt zu treffen.

Ein gutes Beispiel dafür ist die Optimierung des Betriebs von Olefin-Cracköfen. Ein digitaler Prozesszwilling ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Umsatz und Ausbeute sowie einen besseren Betrieb durch eine vollständige Überwachung der Koksbildung entlang der Coillänge. Ofenabschnitte können in Echtzeit auf Basis des tatsächlichen Verkokungszustandes optimiert werden. Darüber hinaus sind optimierte Wartungspläne möglich, die zu einer Maximierung der Lauflänge und einer Verbesserung des Gesamtbetriebs führen, um die erforderliche nächste Entkokung zu erreichen. Dies wiederum führt zu mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit insgesamt. Generell führen reduzierte physikalische Experimente zu weniger Kosten, Rohstoffen und Abfall in der Produktion. Mit einem digitalen Prozesszwilling lassen sich etwa Informationen wie Zustands- und Energieverbrauchsdaten einzelner Komponenten oder der gesamten Anlage ständig überwachen. So gelingt letztlich eine vorausschauende Wartung.

Alle Abläufe müssen ins Energiemanagement einfließen

Für ganzheitliche Energiemanagementlösungen müssen Unternehmen den Energieverbrauch über alle Betriebsabläufe hinweg kontinuierlich überwachen. Unternehmensweite Energiemanagement-Lösungen, die von der Energiedatenerfassung auf Feldebene bis hin zur unternehmensweiten Energieanalyse reichen, helfen dabei, wesentliche Energieverbraucher zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Auf diese Weise können Unternehmen Energiespitzen vermeiden, ihre Energiebeschaffung optimieren und das Bewusstsein der Mitarbeiter für Energieeffizienz innerhalb der Organisation erhöhen. Schließlich geht es bei energieeffizienter Produktion nicht nur um die Reduzierung von Energieverbrauch, CO₂-Emissionen oder Kosten. Dazu gehört auch die Integration von Energie- und Produktionsdaten, um die Energieproduktivität von Maschinen, Anlagen und Prozessen zu analysieren und zu optimieren. Dies kann zu einer umfassenden Verbesserung der Prozessproduktivität und -effizienz führen. Durch Digitalisierung und Automatisierung können Betreiber in der Prozessindustrie somit ihre Energieeffizienz erhöhen, Abfall reduzieren, Kosten senken und gleichzeitig enormes Potenzial für eine nachhaltigere Zukunft erschließen.

Autor: Axel Lorenz, CEO Process Automation, Siemens AG

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