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Digitalisierung in der Prozessindustrie Digitale Transformation als Effizienzmotor – Vorteile von Industrie 4.0 heute schon nutzen

Autor / Redakteur: Jan Rougoor / Dr. Jörg Kempf

Die digitale Transformation ist in vollem Gange und birgt für die Prozessindustrie große Potenziale. Durch die Digitalisierung lassen sich Herausforderungen wie Ressourcenmanagement oder Prozesseffizienz meistern und die Wettbewerbsfähigkeit steigern. Siemens bietet für die Prozessindustrie mit dem Digital Enterprise ein Lösungsportfolio aus Hard- und Software-Komponenten sowie Services, womit Unternehmen heute schon die Vorteile von Industrie 4.0 nutzen können.

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Betreiber, die eine digitale Transformation in ihrem gesamten Anlagen-Lebenszyklus zügig durchführen, können einen deutlichen Wettbewerbsvorteil erreichen.
Betreiber, die eine digitale Transformation in ihrem gesamten Anlagen-Lebenszyklus zügig durchführen, können einen deutlichen Wettbewerbsvorteil erreichen.
(Bild: Siemens)

Für die Prozessindustrie spielt der digitale Zwilling in Form eines durchgängigen Anlagen-Datenmodells über den gesamten Lebenszyklus die Schlüsselrolle. Er liefert die Grundlage für Entscheidungen und Eingriffe in der Produktion (Integrated Operations). Um dieses Modell für den gesamten Anlagenprozess zu erstellen, werden Informationen zu den mechanischen Attributen, dem Verhalten, den Aktivitäten und der Konnektivität eines jeden einzelnen Bauteils benötigt. Es geht also nicht mehr nur um das Sammeln von Daten, sondern um deren Strukturierung.

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Ziel ist es, die Daten aller Anlagenkomponenten zueinander in Bezug zu setzen und so Zusammenhänge und den Prozess als Ganzes virtuell abzubilden. Der digitale Zwilling ist dabei ein zentrales Werkzeug für den Betrieb sowie die Instandhaltung und Modernisierung der Anlagen. Mit ihm wird die statische Dokumentation („As Built”) durch einen dynamischen Ansatz ersetzt. Damit erhält der Anwender Zugriff auf ein „lebendiges” Anlagenmodell, das dem „As Is”-Zustand entspricht.

Mit dem „digitalen Zwilling“ als Kernelement bietet Siemens Lösungen, die für Unternehmen jeder Größe und Branche sowie für Green- und Brownfield-Anlagen geeignet sind. Die Kooperation mit Bentley Systems ermöglicht den Anwendern, bestehende Anlagen mit Context Capture digital zu erfassen. So werden die Daten verifiziert, und der Anlagenbetreiber erhält ein aktuelles dreidimensionales Abbild seiner Anlage. Was sind die zentralen Herausforderungen?

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Konnektivität: Um die Anlagendaten aus dem laufenden Betrieb gewinnbringend zu nutzen, ist eine hohe Konnektivität erforderlich. Dabei ist die sichere und zuverlässige Anbindung von Anlagen an die Cloud ein zentrales Thema für die Prozessindustrie. Die Namur hat mit NOA (Namur Open Architecture) eine Systematik geschaffen, die aus allen Ebenen der Anlagenarchitektur über einen „Second Data Channel“ Daten in die Cloud übertragen kann. Sie ermöglicht eine neue Flexibilität in der Automatisierungsstruktur von der Feldebene bis zu Cloud-Lösungen, wie das offene cloudbasierte IoT-Betriebssystem Mindsphere.

Datenanalysen: Ein Beispiel für den gewinnbringenden Einsatz von Digitalisierungslösungen ist Sidrive IQ, die digitale Plattform für die Erfassung und das Analysieren von Antriebsdaten. Durch Auswertung und Nutzung von Antriebsdaten auf Basis von Mindsphere können Anwender die Produktivität ihrer Assets steigern.

Security: Auch Industrial Security spielt eine Schlüsselrolle: Basierend auf dem „Defense in Depth“-Prinzip, also einer tief gestaffelten Verteidigung, bietet Siemens umfassende Sicherheitsprodukte und -dienstleistungen.

Mit Co-Creation zum Erfolg

Zudem setzt Siemens bei der Entwicklung von Lösungen immer mehr auf die Zusammenarbeit mit Partnern und Kunden. Es geht darum, das klassische Kunden-Lieferanten-Verhältnis neu zu gestalten und Produkte und Leistungen gemeinsam mit Partnern in einem Co-Creation-Prozess zu entwickeln. Eine dieser Kooperationen ist die mit Sartorius Stedim Biotech (SSB). Mit dem international führenden Zulieferer der biopharmazeutischen Industrie wurde eine langfristige Kooperation im Bereich der Automatisierung vereinbart. Diese sieht vor, dass SSB künftig bevorzugt Automatisierungs-Technologien von Siemens nutzt. Zum Einsatz kommen die Hard- und Software-Komponenten in vielen Produkten und Lösungen, die SSB seinen Kunden für die Entwicklung und Herstellung biopharmazeutischer Arzneimittel, z.B. Impfstoffe und monoklonale Antikörper, bietet.

„Mit der neuen Automationsplattform und der weiteren Standardisierung unserer Produkte erleichtern wir unseren Kunden insbesondere die Einbindung ihrer Systeme in übergeordnete Automatisierungslösungen, wie Scada, MES oder ERP. Zugleich ermöglichen wir ihnen eine einfachere Skalierbarkeit von Prozessen, die vom Labormaßstab bis zur kommerziellen Produktion reichen“, erklärte Prof. Dr. Oscar-Werner Reif, Chief Technology Officer von Sartorius Stedim Biotech. „Mit Siemens als einem der führenden Unternehmen im Bereich der Automatisierung haben wir einen idealen Partner gefunden“, so Reif weiter. Durch Automatisierung und Digitalisierung der Produktionssysteme können laut einer Studie der Siemens Financial Services (SFS) Unternehmen eine jährliche Produktivitätssteigerung von bis zu 9,8 Prozent erreichen.

Individuelle Beratungsleistungen

Um die Automatisierung und Digitalisierung vom ersten Ansatz an zu unterstützen, bietet Siemens das „Digital Consulting“. Im Rahmen dieser individuellen Beratungsleistung wird gemeinsam mit dem Kunden erarbeitet, was Digitalisierung für sein Unternehmen bedeutet und auf welche Bereiche er den Fokus legt. Anders ausgedrückt: Was verspricht sich der Kunde von der digitalen Transformation?

Im Rahmen des Digital Consulting erhält er eine Roadmap für die Implementierung, sprich mit welchen Maßnahmen und Kosten er die Digitalisierung seiner Brown- oder Greenfield-Anlagen realisieren kann. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Kunde bereits mit Siemens-Technik arbeitet oder nicht. Der Consulting-Ansatz ist vollkommen herstellerunabhängig.

Best Practice: Farbe ganz nach Wunsch

Dass der Einsatz der Industrie 4.0-Lösungen nicht nur rentabel, sondern auch längst keine Zukunftsmusik mehr ist, beweist u.a. Dulux Australia. Dulux ist Australiens bekannteste Farbenmarke und gehört in der Region zu Dulux Australia, einem Unternehmen der Dulux Group.

Das Unternehmen hat mit Siemens seine erste „Digital Paint Plant“ realisiert. Bei dem Greenfield-Projekt wurde auf fortschrittliche Fertigungstechnologie und die durchgängige Digitalisierung aller Prozesse geachtet. Dadurch ist der gesamte Herstellungsprozess vertikal und horizontal integriert, was die Reduzierung der Losgröße von 5000 auf 100 Liter ermöglichte. „Wir konnten die Zahl von rund 75.000 manuellen Eingriffen pro Jahr praktisch auf Null senken. Das erhöht die punktgenaue Wiederholbarkeit unserer Rezepturen“, erklärt Kevin Worrell, Projektleiter bei Dulux Australia. „Damit gewährleisten wir höchste Farbqualität bei optimalem Rohstoffeinsatz und senken zugleich den Energieverbrauch um 25 Prozent mehr als geplant.“

Event-Tipp der Redaktion Der Smart Process Manufacturing Kongress begleitet als erste deutsche Netzwerkplattform den digitalen Transformationsprozess der Prozessindustrie in seiner vollen fachlichen Breite. Erleben Sie am 25./26. Oktober 2018 die Zukunft der Prozessindustrie: Digital, modular, 4.0 und live.

Ein weiterer Bestandteil der Digitalisierungs-Strategie bei Dulux Australia ist die papierlose Fertigung (Paperless Manufacturing) mittels Simatic IT eBR (electronic Batch Record). Mit der Dokumentationsform, die bei Dulux erstmals außerhalb der Pharmaindustrie zum Einsatz kommt, werden alle Prozessschritte sowie das Handling der verwendeten Rohmaterialien während der Fertigung genau erfasst und überwacht.

Agile Standards für die Modularisierung

Der Pharma- und Chemiekonzern Merck produziert Flüssigkeitskristalle und OLED-Materialien für Displays aller Art. Das Unternehmen, das kleine Produktmengen hochproduktiv herstellt, sah sich mit der Herausforderung konfrontiert, dass der Markt immer schneller neue, innovative Weiterentwicklungen der Produkte verlangt.

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„Unsere Antwort auf Industrie 4.0 heißt Modularisierung“, so Christian Schäfer, Teamleiter Automatisierungstechnik bei Merck. Im Zuge dessen besteht eine neue Filteranlage aus verschiedenen Modulen, die seriell, parallel oder gemischt produktabhängig verknüpft werden können. Jedes Modul ist mit einer Siemens-Steuerung ausgestattet und kann individuell betrieben werden.

In einem weiteren Schritt machen Siemens und Merck sich in der Namur, der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, und dem ZVEI, dem Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie, gemeinsam stark, wenn es um eine agile Standardisierung der Modularisierung verfahrenstechnischer Anlagen geht.

Siemens präsentiert im Testlabor für Smart Automation in Karlsruhe dazu das gemeinsam mit Merck entwickelte „Plug-and-Produce“-Prinzip: Wie bei einer Raumstation können Module via Baukastenprinzip und mit minimalen Engineering-Zeiten an das Backbone angedockt werden. Damit das Leitsystem die Module orchestrieren kann, müssen diese einen einheitlichen Standard sprechen. „Wenn wir dort (in der Namur, Anm. d. Red.) zusammen auftreten und zeigen können, dass beispielsweise die Facette des Human Machine Interface (HMI) sowie die Services funktionieren, die wir entwickelt haben, dann haben wir natürlich ein anderes Ansehen“, ist Schäfer überzeugt.

Ausblick: Weitere Potenziale heben

Eckard Eberle, CEO der Siemens Process Industries and Drives Business Unit Process Automation: „Wir sind überzeugt, dass wir mit unseren Kunden in der gemeinsamen Realisierung von Digitalisierungsprojekten die Zukunft der Prozessindustrie nachhaltig gestalten können.“
Eckard Eberle, CEO der Siemens Process Industries and Drives Business Unit Process Automation: „Wir sind überzeugt, dass wir mit unseren Kunden in der gemeinsamen Realisierung von Digitalisierungsprojekten die Zukunft der Prozessindustrie nachhaltig gestalten können.“
(Bild: Kempf/PROCESS)

Ein enger, partnerschaftlicher Austausch zwischen allen Beteiligten dient einem agilen Vorgehen und damit allen Unternehmen. „Chancen müssen schnell erkannt und umgesetzt werden, denn nur so können Kunden den digitalen Wandel optimal nutzen, um für die spezifischen Anforderungen ihrer Märkte zukunftssicher und wettbewerbsfähig gerüstet zu sein“, so Eckard Eberle, CEO der Siemens Process Industries and Drives Business Unit Process Automation.

Die vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Siemens und seinen Kunden in Form von Co-Creation und Digital Consulting hat zudem auch die Entwicklung gänzlich neuer Digitalisierungslösungen zur Folge, mit denen die digitale Transformation weiter vorangetrieben werden kann. „Wir sind überzeugt, dass wir mit unseren Kunden in der gemeinsamen Realisierung von Digitalisierungsprojekten die Zukunft der Prozessindustrie nachhaltig gestalten und Wettbewerbsvorteile schaffen können“, schließt Eberle.

* Der Autor ist Digitalization Consultant bei der Siemens AG, Karlsruhe.

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