Best Case Digitalisierung Was Lanxess durch die Digitalisierung gewinnt

Autor / Redakteur: Harald Betteldorf* / Anke Geipel-Kern

Der Spezialchemie-Konzern Lanxess digitalisiert ganzheitlich die verfahrenstechnische, elektrotechnische und Automatisierungsdokumentation – inklusive Lifecycle Management. Nicht nur die Größenordnung des Projekts ist eine Besonderheit, sondern auch, dass es zentral und Gewerke-übergreifend gesteuert wird. Wie der Konzern diese Mammutaufgabe bewältigt.

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Ein Lanxess-Mitarbeiter beim Installationscheck im Uerdinger LAUX-Betrieb. Mit wenigen Klicks lässt sich alles Wichtige abfragen. Denn alle Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder der Anlage sowie alle Daten aus dem Bereich Prozessleittechnik sind in Comos verfügbar.
Ein Lanxess-Mitarbeiter beim Installationscheck im Uerdinger LAUX-Betrieb. Mit wenigen Klicks lässt sich alles Wichtige abfragen. Denn alle Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder der Anlage sowie alle Daten aus dem Bereich Prozessleittechnik sind in Comos verfügbar.
(Bild: Lanxess)

Digitale Technologien steigern Kapazitäten, verbessern Prozesse und erhöhen die Arbeitssicherheit. Zudem werden Produktions- und Geschäftsprozesse enger miteinander verzahnt. Mit der „Industrie 4.0“ wurde schon längst der digitale Wandel in der Chemiebranche eingeläutet. Doch so attraktiv es ist, dass immer mehr Prozesse, Ereignisse oder auch Produktionsschritte von Computern gesteuert werden, dass Daten, Datenbanken und Netzwerke eine immer größere Rolle spielen; die Transformation von analogen in digitale Strukturen ist eine Mammut-Aufgabe.

Wer einmal einen Chemiebetrieb von innen gesehen hat, kann sich leicht vorstellen, dass sich die vielen Kessel, Apparate, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile und Kabel nicht so einfach „auf einen Nenner bringen lassen“.

Die Ausgangsbasis bei einer traditionellen Anlage mit klassischem Engineering ist meist ein Querschnitt aus mehreren Jahrzehnten Apparatebau, verschiedener Generationen prozessleittechnischer Installationen und mit Technik aus unterschiedlichen Ländern.

Softwarezoo kostet Effizienz

Für die Dokumentation einer solch heterogenen technischen Landschaft mit isolierten, oft abteilungsinternen Dateninseln und individuellen Dokumentationslösungen sind oftmals manuelle Datentransfers zwischen den einzelnen Tools und Disziplinen erforderlich. Hierunter leidet die Effizienz der Bearbeitung und kann darüber hinaus zu fehlender Konsistenz zwischen verschiedenen Datenbeständen führen. Dies nachhaltig zu verbessern, hat sich Lanxess nun zur Aufgabe gemacht.

Bereits frühzeitig hat der Spezialchemie-Konzern ein Projektteam aufgesetzt, das Gewerke-übergreifend die Anlagendokumentation aller Betriebe an fünf Standorten für Anwendungen in der Industrie 4.0 überführen soll. Gefordert war die Verbesserung des Anlagenbetriebs und -managements über den gesamten Asset-Lebenszyklus auf Basis einer intelligenten und gemeinsamen Datenplattform.

Diese Überlegungen führten zu dem Beschluss, ein Pilotprojekt in einem repräsentativen Produktionsbetrieb aufzusetzen. In 2018 startete Lanxess solch ein Projekt für die Implementierung von Comos. Die daraus resultierenden Erkenntnisse zeigten, dass es trotz heterogener Dokumentation möglich ist, selbst einen mehr als 100 Jahre alten Betrieb mit angemessenem Aufwand zu digitalisieren.

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Das Projekt auf einen Blick
50 Betriebe an fünf Standorten

In insgesamt 50 Betrieben an fünf Standorten werden in einem Zeitraum von fünf Jahren die technischen Anlagendokumente wie R&I (Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema) sowie die Elektro-, Mess- Steuer und Regelungstechnik in die moderne Softwarelösung Comos digitalisiert und migriert. Außerdem werden Schnittstellen zu Fremdsystemen wie SAP und Aspen gebaut und somit der Datenaustausch vereinfacht.

In einem Workshop mit Verantwortlichen aus Produktion und Technik, dem Zentralbereich für produktionsnahe Services und der IT wurde zu diesem Zweck die konzernweite Einführung von Comos empfohlen und im August 2019 vom Lanxess-Vorstand genehmigt.

Comos, ein State-of-the-Art-Tool für sämtliche Branchen der Prozessindustrie, bietet eine einheitliche Lösung für eine durchgängige Anlagen- und Projektdokumentation und ein umfassendes Informationsmanagement. Zudem sind durch die offene Architektur vielfältige Interaktionsmöglichkeiten mit Kunden, Providern und Kontraktoren möglich.

„Jedes Kabel muss ins Comos“

Die Software von Siemens erleichtert das ganzheitliche Management chemischer Produktionsanlagen – von der Planung über den Betrieb und die Modernisierung bis hin zu einem späteren Rückbau. Planer und Betreiber können jederzeit auf sämtliche projektrelevanten Datenobjekte zugreifen. Gewerke oder Fachdisziplinen werden dabei nicht getrennt, sondern funktionsorientiert betrachtet, und die Softwarelösung setzt die vollständige Integration aller Prozessabläufe konsequent um. Diese enge Verzahnung trägt entscheidend zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit bei.

Das konsistente Datenmanagement innerhalb des gesamten Anlagenlebenszyklus führt zu hoher Datenqualität und minimiert Kosten für die Dokumentation von Anlagenänderungen. Hier gilt das „Single Point of Truth“-Prinzip: Daten an einer Stelle pflegen, aber vielfach verwenden.

Alle zu einem Bauteil, beispielsweise einer Pumpe, gehörenden Daten bilden eine Einheit – ein Objekt. In der Comos-Datenbank existiert jedes Objekt nur einmal. Spezifikationen, die in einem Gewerk geändert werden, sind deshalb stets durchgängig für alle Disziplinen am Objekt sichtbar und in der zentralen Datenbank gespeichert – für eine verlässliche, konsistente Datenbasis. So stehen dem jeweiligen Bearbeiter jederzeit alle relevanten, aktuellen Daten und Eigenschaften eines Objekts an jedem Ort zur Verfügung. Das reduziert die Datenkomplexität entscheidend und erhöht somit die Datentransparenz.

Die Einführung von Comos erfordert sowohl die Migration als auch die Konsolidierung der bisher schon in verschiedenen Systemen elektronisch vorhandenen Daten sowie die Erfassung bisher noch nicht digital verfügbarer Daten. Hierfür müssen Routinen für die möglichst hoch automatisierte Übertragung der Daten nach Comos konzipiert, implementiert und getestet werden.

Pilotprojekt erfolgreich abgeschlossen

In 2018 startete Lanxess das auf zwei Jahre angelegte Pilotprojekt für die Implementierung von Comos in der Pigmentproduktion am Standort Krefeld-Uerdingen. Dort stellt der Spezialchemie-Konzern im weltweit größten Produktionswerk für anorganische Farbpigmente Eisenoxid- und Chromoxidpigmente für viele Anwendungen her.

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LAUX-Prozess
Abfallverwertung deluxe

In den 20er Jahren des vergangenen Jahrhunderts suchte Julius Laux, Leiter des damaligen Anilinbetriebes in Uerdingen nach Anwendungsmöglichkeiten von Eisenoxidpasten, die bei der Anilinproduktion als Abfälle anfielen. 1925 entdeckte er, dass in Gegenwart von Salzlösungen Oxide mit höherer Farbstärke entstehen, die sich hervorragend als Pigmente eigneten. Nur rund eineinhalb Jahre lagen zwischen dieser Entdeckung und dem Start der Produktion in 1927.

1976 bekamen die Eisenoxide aus Uerdingen ihren eigenen Namen: Bayferrox ist seitdem die wichtigste weltweite Dachmarke für diese Pigmente, die sich seit Jahrzehnten zur Einfärbung von Farben und Lacken, Baustoffen, Kunststoffen, Papier sowie als Spezialpigmente für Toner und andere Anwendungen bewähren. Sie gehören zu den licht- und wetterbeständigsten Pigmenten überhaupt. Die Produkte zeichnen sich durch eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit aus und gelten weltweit als Standard. Umfassende Investitionen in Kapazitätserweiterungen und Prozessoptimierungen, aber auch in den kontinuierlichen Ausbau umweltschonender Produktionstechnologien, unterstreichen jedes Jahr die weltweite Bedeutung dieses Standortes. Aufgrund des einzigartigen Laux-Prozesses hat die Produktionsanlage am Standort Krefeld-Uerdingen eine ausgezeichnete CO2-Bilanz. Denn bei diesem speziellen chemischen Verfahren wird die entstehende Reaktionswärme für die Erzeugung von Dampf genutzt, der dann wiederum in den nachfolgenden Prozessschritten eingesetzt wird.

Die Historie, Größe des Betriebs und Vielfältigkeit der Anlagenbasis waren ausschlaggebend, dort das Pilotprojekt aufzusetzen. Das Projektteam hat daraus viele Erkenntnisse gezogen.

Die Überarbeitung der aus den R&Is gewonnenen Datenbank war im Pilot-Projekt aufwändiger als zunächst geschätzt. Demzufolge werden für das sich anschließende Rollout-Projekt jetzt zwei hochautomatisierte Verfahren eingesetzt. Das ist zum einen eine Programmentwicklung von Siemens/Unitec, zum anderen Pidgraph von Bilfinger. Dadurch reduziert sich der Aufwand für die Nacharbeit auf ein Zehntel des ursprünglichen Wertes.

Die Mitarbeiter und unterstützenden Dienstleister sind nach mehr als einem Jahr Projektarbeit mit Engagement dabei. Maßgeblich daran beteiligt ist das intuitiv nutzbare Navigationssystem von Comos, das sehr einfach und schnell zu Informationen führt und Zusammenhänge ganzheitlich erkennen lässt. Der mühsame Abgleich verschiedener Dokumente entfällt. Um die Software effektiv nutzen zu können, müssen über das Zeichnen hinaus weitere Bedienungen im System gelernt werden. Entsprechend wurden alle Anwender in dem System geschult.

Durch die Effizienzsteigerung werden bei Investitionsprojekten Einsparungen nicht nur bei den Engineering- sondern auch bei den Gesamtprojektkosten erwartet. Dabei stellt die verbesserte Datenqualität als solche schon einen Effizienzgewinn an sich dar. Die Datenbankstruktur lässt bereits jetzt eine hohe Transparenz bei den Projekten und Änderungen erkennen. Bei der Integration von EI&C-Daten aus Dokumenten der Prozessleittechnik können automatisierte Abgleiche mit Datenexporten aus der Projektierungsebene des betrieblichen Prozessleitsystem durchgeführt werden, die Abweichungen leicht erkennbar machen.

Mögliche Differenzen können durch dezentrale Pflege unterschiedlicher Datenquellen entstanden sein: Durch Migration von Datenbanken nach Comos konnte die Transparenz der Daten erzeugt werden. Die notwendige Digitalisierung, Migration und die Zusammenführung der bereits elektronisch vorliegenden Daten in verschiedenen Systemen waren nicht so komplex wie ursprünglich erwartet. Die Datenbankstruktur zeigt bereits jetzt eine drastisch verbesserte Transparenz in den Projekten und im alltäglichen MOC-Prozess (Management of Change).

Digitalisierung der R&I-Schemata

Nicht alle Dokumente lassen sich ohne manuelle Nachbearbeitung nach Comos überführen. Ein Teil der Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemata werden daher mithilfe einer Programmentwicklung der Firma Unitec, die als Zulieferer im Projekt die Migration der R&I für Siemens durchgeführt hat, digitalisiert, und der andere Teil von Pidgraph.

Auf Basis von künstlicher Intelligenz können Anlagendokumentationen doppelt so schnell digitalisiert werden wie mit herkömmlichen Methoden.
Auf Basis von künstlicher Intelligenz können Anlagendokumentationen doppelt so schnell digitalisiert werden wie mit herkömmlichen Methoden.
(Bild: Bilfinger)

Letztere ist eine Software der Heidelberger Digitaltochter Bilfinger Digital Next. Sie nutzt künstliche Intelligenz (KI), um die R&I einer verfahrenstechnischen Anlage automatisiert nach Comos zu übertragen. Dabei wird das kundenspezifische Customizing im Zielsystem (Comos) beachtet.

Der Unterschied der beiden Systeme liegt im Wesentlichen in der Verwendung einer Mustererkennung bei Bilfinger, während Siemens zusammen mit Unitec die Layer-Struktur der Zeichnungen, Metadaten aus Symbolblöcken und Texten sowie Geometrieschlüssel verwendet.

Eine nicht zu vernachlässigende Herausforderung bei der Digitalisierung von Anlagendokumenten liegt in der Datensicherheit: Die Dokumente enthalten höchst sensible, vertrauliche Informationen. Durch höchste IT-Sicherheitsstandards konnten Siemens und Bilfinger diese Daten jederzeit schützen und das Projekt für Lanxess während der Corona-Pandemie vollständig „remote“ per Fernzugriff realisieren.

Hightech hinter historischen Mauern

Die Rollout-Phase 1 des Digitalisierungsprojekts bei Lanxess startete Anfang 2020 und umfasst acht Betriebe in den deutschen Niederrheinwerken Leverkusen und Krefeld-Uerdingen sowie im belgischen Antwerpen. Die Diversität und Größenordnung des Projektumfangs kann an der Anzahl der zu transformierenden R&I-Fließschemata der Betriebe fest gemacht werden: Die Anzahl der R&Is liegt in einer Bandbreite vom unteren zweistelligen Bereich, wo hingegen der größte Betrieb mehr als zehn mal so viele Fließbilder hat.

Einer davon ist der Thionylbetrieb innerhalb der Leverkusener Schwefelsäure-Produktionsanlage. Dort werden seit 125 Jahren Chemikalien hergestellt, die in vielen verschiedenen Produktions- und Lebensbereichen benötigt werden. Die Geschichte des Schwefelsäurebetriebs von Lanxess begann 1894, und noch heute erinnert ein 36 Meter langer Teil der Gebäudefassade an die lange Historie des Betriebs.

Hinter der denkmalgeschützten Backsteinwand befindet sich nicht nur die traditionsreichste Produktionsanlage des Konzerns in Leverkusen, sondern zugleich eine der modernsten ihrer Art in Europa.

Digitalisierung des weltweiten Anlagenparks

In einer zweiten Projektphase erfolgt von 2022 bis 2023 der Rollout von Comos in allen weiteren Betrieben an den Standorten in Leverkusen, Dormagen, Uerdingen, Brunsbüttel und Antwerpen. Die Werke in Mannheim und Bitterfeld könnten in einer dritten Phase folgen, hinzu kommen weitere Betriebe des Unternehmens rund um den Globus.

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Nachgefragt bei Harald Betteldorf, Leiter Project Controls bei Lanxess
Ohne die Mitarbeiter geht es nicht

Harald Betteldorf
Harald Betteldorf
( Bild: Lanxess )

Herr Betteldorf, können Sie uns grob einen Überblick geben, welche unterschiedliche Systeme bei Lanxess im Einsatz waren?

Harald Betteldorf: Wir verwenden bei Lanxess eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme. Für die Prozessfließbilder sind bei uns diverse Zeichenprogramme im Einsatz, zum Beispiel Plantspace P&ID oder Openplant Powerpid von Bentley. Für die Elektro- und Prozessleittechnik haben wir zwei datenbankgestützte Systeme. In vielen Betrieben der Niederrheinwerke kommt ein CAE-System der Planets Software zum Einsatz und in Antwerpen eine selbstgeschriebene Datenbankanwendung. Wir verwenden aber auch noch klassische Zeichnungen oder Excel zur Dokumentation.

Wie hoch war denn der Anteil an Daten, die gar nicht digital verfügbar waren?

Betteldorf: Die meisten Daten liegen digital vor. Die große Aufgabe war, ihnen eine Objektstruktur zu geben, damit sie in Comos nutzbar sind. Dafür haben wir etwa die Hälfte unserer Daten bearbeitet.

Wo lag die größte Herausforderung bei der Konsolidierung der Daten?

Betteldorf: Das mag jetzt etwas seltsam klingen: Die größte Herausforderung ist, die Mitarbeiter in den Produktionsbetrieben zu überzeugen und dafür zu gewinnen, dass sich der Aufwand für den Betrieb und für sie selbst lohnt. Die Vorteile von Comos haben die Kollegen vor Ort aber überzeugt.

Was sind die nächsten Ziele? Für jede Anlage einen digitalen Zwilling?

Betteldorf: Ein digitaler Zwilling für wirklich jede Anlage wäre der Traum! Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Die unmittelbaren Ziele sind die Migration der Bestandsdaten und deren Konsolidierung. Damit werden wir uns ein Fundament schaffen, von dem aus wir zahlreiche Anwendungen mit Comos verknüpfen können. Denn eins ist klar: Nur mithilfe strukturierter Daten können wir in Zukunft klarere Analysen fahren und bessere Entscheidungen treffen.

Die Mitarbeiter werden bei der Überführung von Papier-, Word- und Excel-Listen in ein einheitliches digitales Format von Experten unterstützt. Webbasierte Trainingshandbücher mit „Nachklickanleitung“ sollen Technikern, Schlossern, Elektrikern und Planern den Weg zum neuen Konzern-Standard erleichtern.

Lanxess treibt die Digitalisierung seiner Produktion auch auf anderen Ebenen weiter voran: Seit einiger Zeit analysiert ein neues System Zeitreihendaten in weiten Teilen seines weltweiten Anlagenparks.

Fast zwei Drittel der rund 120 Betriebe wurden mit der Self-Service-Analyseplattform Trendminer der Software AG ausgestattet, darunter alle großen Produktionsstandorte in Deutschland, Belgien, den USA und Indien. Lediglich kleinere Betriebe mit weniger komplexen Prozessen sind noch nicht von der Implementierung erfasst.

Mit Trendminer können Produktions-Mitarbeiter eigenständig Fertigungsprozesse und Messdaten analysieren, Muster und Trends in diesen Daten aufspüren und so Produktionsunregelmäßigkeiten erkennen. In ersten Projekten seit dem Rollout in 2020 hat Lanxess dadurch seine Kapazitätsauslastung in einzelnen Betrieben erhöht, den Ressourceneinsatz optimiert und Wartungskosten gesenkt. Mitunter wurden so sechsstellige Euro-Beträge eingespart. Darüber hinaus führt der Konzern in den kommenden drei Jahren die mobile Betriebsführung und Instandhaltung ein. Statt jährlich rund 400.000 Betriebs- und Instandhaltungs-Checklisten auf dem Klemmbrett manuell auszufüllen, kommen künftig digitale Pendants zum Einsatz.

Anfang 2021 führte Siemens in Kooperation mit Lo.Go.Motion die Softwarelösung Moby.Check ein. Diese läuft auf Tablets und wird über Tastatur und Sprache gesteuert. Damit können Anwender Prüf- und Checklisten für Produktion, Wartung und Instandhaltung erstellen – ganz ohne Programmieraufwand und ohne vorheriges Training.

* * Der Autor ist Leiter Project Controls im Funktionsbereich Product, Technology, Safety and Environment (PTSE) bei Lanxess Deutschland. Kontakt: harald.betteldorf@lanxess.com

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