Digital Plant Ein digitaler Zwilling für die Chemieanlage

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Anke Geipel-Kern

Wird des bald zu jeder Anlage ein digitales Abbild geben? – Anlagen der Prozessindustrie sind über Jahrzehnte in Betrieb. Sie werden in dieser Zeit permanent umgebaut, modernisiert und erweitert. Über Standardisierung und Modularisierung lassen sich wiederholende Aufgabenstellungen in deutlich kürzerer Zeit lösen. Ziel ist die komplette virtuelle Vorlage, der digitale Zwilling.

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Reale und digitale Welt – wie weit die Vernetzung schon ist, zeigte Marcel Prösch von Aveva auf dem Digital Kongress 2015.
Reale und digitale Welt – wie weit die Vernetzung schon ist, zeigte Marcel Prösch von Aveva auf dem Digital Kongress 2015.
(Bild: Stefan Bausewein)

Die Idee der Digital Plant ist rasch formuliert: Ziel ist es, die komplette Anlage als 3D-Modell zu generieren und dieses ständig aktualisierte Modell über den gesamten Lebenszyklus der Anlage zu nutzen. Digital Plant geht dabei mit seinen digitalen Prozessen über ein reines Planungsinstrument hinaus, überspannt den gesamten physischen Anlagen-Lebenszyklus, wie es Michael Höchel (BASF) beschreibt.

Das ist schneller aufgeschrieben als umgesetzt. Denn bis zum Einsatz in anderen Branchen oder bei Endkunden durchläuft ein chemisches/pharmazeutisches Produkt viele Verarbeitungsschritte. Richtig schwierig wird es beim Austausch der Daten zwischen verfahrenstechnischer Planung und Automatisierungstechnik. Ein 3D-Modell von Gebäuden oder einer Automobilfabrik ist da wesentlich einfacher zu generieren – deshalb sind das BIM (Building Information Modeling) bzw. die Digital Factory dort bereits gelebte Praxis.

Digital Plant schafft Kostenvorteile

Wenn die Digital Plant aber gelingt, profitiert die Prozessindustrie von erheblichen Kostenvorteilen: Wer schneller plant ist mit seinem Produkt früher am Markt präsent, kann länger verkaufen. Time-to-Market schwebt wie ein Damoklesschwert über den Verantwortlichen. Auch die Verschärfung von Sicherheitsbestimmungen, höhere Umwelt- und Qualitätsanforderungen sowie der größere Dokumentations- und Berechnungsumfang erfordern den Einsatz intelligenter Tools.

Sie helfen, Konstruktions- und Engineering-Kosten zu reduzieren, die Entwurfs-, Konstruktions- und Kommissionierungszeiten zu verkürzen. Kurz: Sie erhöhen die Produktivität des Planers.

Wer beim Planungsprozess dazu übergeht, in Funktionen – sprich: Modulen & Systemlösungen - wie Kühlung und Entlüftung zu denken, weniger in Komponenten wie Behälter, Pumpen und Kompressoren, muss nicht immer wieder alle Details neu planen.

Einmal als 3D-Modell erfasst und berechnet, können Module quasi im copy & paste-Verfahren immer wieder verwendet werden. Verfahrenstechnische Anlagen kann man so im Grunde als Addition von Standard-Baugruppen begreifen – selbstverständlich ist das eine sehr grobe Sichtweise.

Modularisierung wird im Übrigen die Kreativität des Planers keineswegs einschränken; im Gegenteil: Losgelöst von wiederkehrenden Aufgaben, hat er mehr Zeit für innovative Wege.

Von Standards ist auch Dieter Hofmann, Geschäftsführer der PlantIng überzeugt: „Mit standardisierten Ressourcen, Abläufen und Werkzeugen können neue Mitarbeiter schneller eingearbeitet werden, was zusätzliche Möglichkeiten im Personalwesen eröffnet. Und nicht zuletzt vergrößern Standards die Durchlässigkeit einer Branche zwischen Zulieferer, Betreiber und Planer, weil sich alle auf eine gemeinsame Sprache verständigt haben.“

Damit Know-how nicht in den Ruhestand geht

Die ‚Kopierkultur‘ sei allerdings hierzulande kaum ausgeprägt, wie PlantIng beobachtet. Statt sich auf Best Practices oder Standards zu besinnen, würden lieber neue Lösungen entwickelt und die Individualität unterstützt. Die Folgen: Know-how über Best Practices drohe in den Ruhestand abzuwandern.

Ein weiterer Vorteil bei der Arbeit mit einem digitalen Zwilling: Mit einem Walktrough-Tool gehen durch das mögliche Training des Personals die Fehlbedienungen zurück, wie Andreas Geiss (Siemens) nach dem Einsatz von Comos Walk Through beim Kunden Total berichtet. Auch bei der Instandhaltung seien praktische Vorteile keine reine Theorie, wenn dem Mitarbeiter per Tablet vor Ort Wartungs- oder Reparaturhinweise gegeben werden können.

Perfekt dokumentiert ist die halbe Miete

Auch dieser Aspekt ist wichtig: Wer eine Anlage perfekt dokumentiert, leistet einen wichtigen Beitrag zur Sicherung von Know-how im Unternehmen bzw. zur Wissensvermittlung an jüngere Ingenieure.

Mit der Dokumentation stellt sich rasch die Frage: Wem gehören eigentlich die Daten? Daten sind unbegrenzt reproduzierbar und – was ja in vielen Fällen sogar ihren eigentlichen Wert ausmacht – sie können mit anderen Daten verknüpft werden. Stichwort: Aus Big Data entstehen Smart Data.

Doch wie wird Big Data zu Smart Data? Dr. Thorsten Pötter (Bayer Technology Services) beschreibt das so: Informationen sind Roh-Daten, denen über relationale Verbindungen Bedeutung gegeben wurden. Und er definiert die Anforderungen so: Die richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort.

Nicht nur produzierende Unternehmen können Daten für Optimierungen nutzen, auch die im VDMA organisierten Großanlagenbauer sehen im Einsatz von Industrie 4.0-Technologien einen wichtigen Hebel, um die Effizienz von Prozesse zu steigern. Das ergab eine Umfrage von Maexpartners unter Top-Managern des deutschen Großanlagenbaus: Besonders groß ist das Potenzial nach Ansicht der Befragten in der Logistik, auf der Baustelle und im Engineering.

Der Datenaustausch zwischen Anlagenbauern, Lieferanten und Betreibern wird sich in den kommenden Jahren deutlich intensivieren. Damit werden neben der Datensicherheit auch Haftungsfragen sowie auch hier die Frage der Eigentums- und Nutzungsrechte an den Daten stärker in den Blickpunkt rücken.

Digitalisierung braucht Sicherheitskonzepte

Bislang nutzen Unternehmen bei vielen juristischen Problemen der Digitalisierung – etwa Geheimnisschutz, Cloud Computing oder Entwicklungskooperationen – standardisierte Muster- oder Individualverträge. Klaus Jochem, Bayer Technology Services, riet den Teilnehmern des VCI-Mittelstandstags 2016, zügig mit ihrer Geschäftsstrategie 4.0 zu beginnen, parallel aber auch eine Risikoanalyse einzuleiten.

Gerade bei der IT-Sicherheit sei der Handlungsbedarf groß, da moderne Steuereinheiten für Industrieanlagen oft mit WLAN ausgestattet seien. Sie können damit über das Internet angesteuert werden. Auch die Schwachstelle ‚Mensch‘ stellte Jochem heraus: „Weisen Sie Ihre Mitarbeitern auf Risiken hin, auch wenn Sie nicht digitalisieren möchten. Sonst schieben sie am Ende Ihre Firmendaten auf Dropbox, und Sie bekommen davon nichts mit.“

Aber durchgängig muss es sein

„Wenn die Industrie auf ein durchgängiges Sicherheitskonzept setzt, sind die Risiken beherrschbar“, beruhigt Dr. Rolf Reinema, Leiter des Technologiefelds IT-Security bei der zentralen Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Siemens, Corporate Technology (CT). Reinemas Abteilung entwickelt für die Siemens-Geschäftsfelder ausgeklügelte Lösungen zum Schutz vor Cyber-Kriminalität. Diese reichen etwa von Softwarepaketen für den stets aktuellsten Sicherheitsstand bei Unternehmen über Authentifizierungsverfahren und somit ‚Ausweiskontrollen‘ für Maschinen bis hin zu Monitoring-Lösungen, die nahezu in Echtzeit Cyber-Angriffe identifizieren und melden, so dass frühestmöglich Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Um die Frage in der einleitenden Headline zu beantworten: Ja, das digitale Abbild von Anlagen der Prozessindustrie ist keine Vision, vielmehr absehbare Realität. Damit der digitale Zwilling nur zur Optimierung des gesamten Lebenszyklus von Anlagen dient, sollte er gut geschützt werden.

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