Digi­ta­li­sie­rung: Trans­for­ma­ti­on in der Prozessindustrie

Auf dem digi­ta­len Live-Event „Ache­ma Pul­se“ zeigt Sie­mens, wie die Ver­bin­dung der rea­len mit der digi­ta­len Welt Indus­trie­un­ter­neh­men fle­xi­bles und nach­hal­ti­ges Han­deln ermög­licht. Unter­neh­men der Pro­zess­in­dus­trie ste­hen vor drin­gen­den und sich schnell wan­deln­den Her­aus­for­de­run­gen, denn vor allem durch die Covid-19-Pan­de­mie haben sich die Nach­fra­ge nach Gütern und eben­so die glo­ba­len Lie­fer­ket­ten qua­si über Nacht ver­än­dert. Zugleich ver­än­dern bran­chen­spe­zi­fi­sche Regu­la­ri­en und Stan­dards die Pro­duk­ti­ons­be­din­gun­gen. Um die­se Her­aus­for­de­run­gen zu bewäl­ti­gen, bie­ten Digi­ta­li­sie­rung und Auto­ma­ti­sie­rung die nöti­gen Hebel. Die dabei ent­ste­hen­den Daten kön­nen durch Indus­tri­al-IoT-Lösun­gen als Wett­be­werbs­vor­teil genutzt wer­den. So kön­nen Unter­neh­men Daten bes­ser ana­ly­sie­ren, ver­ste­hen und nut­zen, um ihre Pro­zes­se schnel­ler an ver­än­der­te Anfor­de­run­gen anzu­pas­sen. Das Digi­tal-Enter­pri­se-Port­fo­lio ermög­licht dies durch die Ver­bin­dung der rea­len mit der digi­ta­len Welt und damit durch Lösun­gen für Simu­la­ti­on, vir­tu­el­le Pro­zes­se, Remo­te-Zugrif­fe und Kon­nek­ti­vi­tät sowie Ser­vice­an­ge­bo­te für die digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on. Dank des ent­spre­chen­den Bran­chen-spe­zi­fi­schen Know-hows kön­nen dabei die indi­vi­du­el­len Anfor­de­run­gen der Indus­trien berück­sich­tigt werden.
 

Bran­chen­spe­zi­fi­sche Lösun­gen im Fokus

„Auf der Ache­ma Pul­se möch­ten wir im Aus­tausch mit unse­ren Kun­den Impul­se geben, wie wir die digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on zusam­men umset­zen kön­nen. Kon­kret spre­chen wir über Bei­spie­le vor allem aus der Phar­ma- und Che­mie­bran­che und tei­len hier unse­re Expertise.“
— Eckard Eber­le, CEO Sie­mens Pro­cess Automation

Für Unter­neh­men der Phar­ma­in­dus­trie ist gera­de jetzt die größ­te Her­aus­for­de­rung der Wett­lauf gegen die Zeit. Das Unter­neh­men unter­stützt Phar­ma­un­ter­neh­men dabei, mit Hil­fe von Digi­ta­li­sie­rung und Auto­ma­ti­sie­rung, schnel­ler zu pro­du­zie­ren. Das Main­zer Bio­tech­no­lo­gie­un­ter­neh­men Bio­N­Tech SE hat mit Hil­fe von Sie­mens in Rekord­zeit eine bestehen­de Anla­ge in Mar­burg für die Pro­duk­ti­on des Covi­d19-Impf­stoffs umge­baut. Bei der Umrüs­tung auf die mRNA-Impf­stoff­her­stel­lung wur­de durch die Zusam­men­ar­beit und dem Exper­ten-Team vor Ort in Mar­burg die Pro­jekt­lauf­zeit von etwa einem Jahr auf fünf Mona­te ver­kürzt, dabei erfolg­te die Umset­zung wesent­li­cher Bestand­tei­le des neu­en Manu­fac­tu­ring Exe­cu­ti­on Sys­tems (MES) in nur zwei­ein­halb Monaten.
Zukünf­tig kann bei der Impf­stoff­ent­wick­lung ver­stärkt der Digi­ta­le Zwil­ling ein­ge­setzt wer­den. Das welt­weit täti­ge Gesund­heits­un­ter­neh­men Gla­x­oS­mit­h­Kli­ne (GSK) arbei­tet gemein­sam mit den Digi­ta­li­sie­rungs­ex­per­ten sowie dem Spe­zia­lis­ten für digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on Atos an der Digi­ta­li­sie­rung sei­ner Pro­zes­se zur Impf­stoff­ent­wick­lung und ‑her­stel­lung. Als ers­te Tes­t­an­wen­dung haben GSK, Sie­mens und Atos im Rah­men einer Rea­li­sie­rungs­ana­ly­se (Pro­of of Con­cept) einen digi­ta­len Zwil­ling spe­zi­ell für die Ent­wick­lung und Her­stel­lung von Adju­vans-Tech­no­lo­gien ent­wi­ckelt. Mit Hil­fe von mecha­nis­ti­schen Model­len und künst­li­cher Intel­li­genz (KI) ent­wi­ckel­ten die Part­ner ein Hybrid­mo­dell, um den Pro­zess zu simu­lie­ren und zu über­wa­chen. Der digi­ta­le Zwil­ling ver­knüpft dabei die Pro­zess­pa­ra­me­ter mit der Qua­li­tät des Adju­vans. Die Sen­so­ren und die Pro­zess­ana­ly­se­tech­nik (PAT) lie­fern dem Zwil­ling die benö­tig­ten Infor­ma­tio­nen, um die Qua­li­tät des Pro­dukts vor­her­zu­sa­gen. Jede Abwei­chung von der opti­ma­len Qua­li­tät wird erkannt und führt dazu, dass der Zwil­ling auf die Pro­zess­pa­ra­me­ter ein­wirkt, um die­se ent­spre­chend den Soll­vor­ga­ben zu kor­ri­gie­ren. Im nächs­ten Schritt will GSK mit dem Unter­neh­men zusam­men­ar­bei­ten, um sei­ne Visi­on zu unter­stüt­zen, neue digi­ta­le Zwil­lin­ge für den gesam­ten Ent­wick­lungs­pro­zess von neu­en Impf­stof­fen zu eta­blie­ren und ein­zu­füh­ren. Damit wer­den die digi­ta­len Zwil­lin­ge des Pro­dukts, der Pro­duk­ti­on und der Per­for­mance mit­ein­an­der verknüpft.
In der che­mi­schen Indus­trie lie­gen die größ­ten Her­aus­for­de­run­gen dar­in, dass die Anla­ge zuver­läs­sig und sicher läuft. Der “Digi­tal Worker” ist ein Kon­zept, das dem Betriebs­per­so­nal anhand moderns­ter Tech­no­lo­gien wie AR/VR die Digi­ta­li­sie­rung sowie Auto­ma­ti­sie­rung der Arbeit im Feld ermög­licht. Das Kon­zept unter­stützt den Anwen­der bei der Digi­ta­li­sie­rung von Arbeits­ab­läu­fen in Pro­zess­an­la­gen und bei der papier­lo­sen Abwick­lung mit Fern­zu­griff dank elek­tro­ni­scher Doku­men­ta­ti­on, Zugriffs­in­for­ma­tio­nen und Füh­rung durch intel­li­gen­te Gerä­te. Der Spe­zi­al­che­mie-Kon­zern Lan­xess treibt in die­sem Zusam­men­hang die Digi­ta­li­sie­rung sei­ner Pro­duk­ti­ons­an­la­gen wei­ter vor­an und führt in den kom­men­den drei Jah­ren die mobi­le Betriebs­füh­rung und Instand­hal­tung ein. Jähr­lich rund 400.000 Betriebs- und Instand­hal­tungs-Check­lis­ten auf Papier wer­den hier­zu in einem ers­ten Schritt durch digi­ta­le Pen­dants ersetzt und nach­her auf Tablets aus­ge­füllt. Für die Digi­ta­li­sie­rung der Check­lis­ten greift Lan­xess auf Unter­stüt­zung von Sie­mens zurück. Das Unter­neh­men setzt dabei die Soft­ware­lö­sung Moby.Check ein, die auf Tablets läuft und über Tas­ta­tur und Spra­che gesteu­ert wer­den kann. Moby.Check hat ein fle­xi­bles Bedien­kon­zept, mit dem Anwen­den­de auf ihrem PC indi­vi­du­el­le Prüf- und Check­lis­ten für Pro­duk­ti­on, War­tung und Instand­hal­tung erstel­len kön­nen – ganz ohne Pro­gram­mier­auf­wand und ohne vor­he­ri­ges Trai­ning. Neben einer effi­zi­en­te­ren Abwick­lung kann hier die Feh­ler­quo­te einer manu­el­len Über­tra­gung ver­rin­gert und die Doku­men­ta­ti­on ver­ein­facht wer­den. Der Digi­tal Worker unter­stützt die Trans­for­ma­ti­on von ana­lo­gen hin zu digi­ta­len Arbeits­ab­läu­fen und kann zusätz­lich das Poten­ti­al des digi­ta­len Zwil­lings im Feld aus­schöp­fen. Anwen­dun­gen, die auf künst­li­cher Intel­li­genz basie­ren, tra­gen durch früh­zei­ti­ge Ano­ma­lie­er­ken­nung zu einer höhe­ren Anla­gen­ver­füg­bar­keit bei. Durch vorraus­schau­en­de War­tungs­pla­nung wer­den Aus­fäl­le und Rou­ti­ne­war­tun­gen vermieden.
Als spe­zi­fi­sches Ange­bot für die che­mi­sche und Öl & Gas-Indus­trie bie­tet der Kon­zern neben den explo­si­ons­ge­schütz­ten Moto­ren der Simo­tics XP-Rei­he auch Moto­ren der Simo­tics SD-Rei­he für Umge­bun­gen ohne Explo­si­ons­ge­fahr in der Chemstar-Aus­prä­gung an. Sie sind mit vor­kon­fi­gu­rier­ten, che­mie­spe­zi­fi­schen Optio­nen aus­ge­stat­tet. Bei­de, mit Chemstar-Optio­nen erhält­li­chen Moto­ren­rei­hen, arbei­ten auch unter extre­men Bedin­gun­gen zuver­läs­sig und ener­gie­ef­fi­zi­ent und bie­ten alle rele­van­ten Zertifikate.

Modu­la­ri­sie­rung als Schlüs­sel zur ein­fa­chen Erfül­lung neu­er Anforderungen

Für kur­ze Inno­va­ti­ons­zy­klen und schnel­le Anpas­sun­gen an neue Pro­dukt­port­fo­li­os müs­sen Sys­te­me schnell und ein­fach erwei­ter­bar sein. Die Vor­aus­set­zung dafür sind stan­dar­di­sier­te, her­stel­ler­un­ab­hän­gi­ge Schnitt­stel­len für die effi­zi­en­te Kon­fi­gu­ra­ti­on, Kom­mu­ni­ka­ti­on und Inte­gra­ti­on modu­la­rer Anla­gen. Eine sol­che Schnitt­stel­le ist im Modu­le Type Packa­ge (MTP) defi­niert. Mit die­sem Pro­to­koll las­sen sich Pro­zess­mo­du­le oder Teil­an­la­gen infor­ma­ti­ons­tech­nisch so beschrei­ben, dass sie leicht in eine über­grei­fen­de Auto­ma­ti­sie­rungs­lö­sung inte­griert wer­den kön­nen, bei­spiels­wei­se in das web­ba­sier­te Pro­zess­leit­sys­tem Sima­tic PCS neo. Dabei wer­den die Modu­le zusam­men­ge­bracht, um einen Gesamt­pro­zess zu bil­den und um ihre Über­wa­chung und Steue­rung zu ermög­li­chen. Auf der Ache­ma Pul­se wird am Bei­spiel der Zusam­men­ar­beit von Sie­mens und Merck auf­ge­zeigt, wie eine modu­la­re Pro­duk­ti­ons­an­la­ge, die auf MTP basiert, den Engi­nee­ring-Auf­wand redu­ziert und schnel­le und fle­xi­ble Pro­zess­an­pas­sun­gen ermöglicht.

Neue IIoT-Lösun­gen für schnel­le­re Daten­über­tra­gung und zuver­läs­si­ge Datenerfassung

„Im Rah­men der digi­ta­len Trans­for­ma­ti­on zeich­nen sich für die Pro­zess­in­dus­trie neue Trends ab, die wir mit unse­ren Lösun­gen und Inno­va­tio­nen trei­ben“, erklärt Eber­le. „Als eine der wich­tigs­ten Tech­no­lo­gien im Rah­men des indus­tri­el­len IoT sehen wir 5G, um Daten schnell und zuver­läs­sig über leis­tungs­fä­hi­ge Kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­ze an die rich­ti­ge Stel­le zu über­tra­gen. Somit kön­nen Pro­duk­ti­ons­an­la­gen fle­xi­bler, auto­no­mer und effi­zi­en­ter wer­den.“ Mit Sca­lan­ce MUM856‑1 ist der ers­te indus­tri­el­le 5G-Rou­ter von Sie­mens verfügbar.
Für die Erfas­sung von Daten wie bei­spiels­wei­se Tem­pe­ra­tur oder Vibra­ti­on von maschi­nel­len Anla­gen­kom­po­nen­ten bil­det der draht­lo­se und robus­te Sitrans MS200- Mul­ti­sen­sor die Hard­ware­ba­sis. Mit­tels Blue­tooth-Ver­bin­dung wer­den die Daten an das Indus­trie-Gate­way Sitrans CC220 und von dort ver­schlüs­selt in die Cloud über­tra­gen. Das Sitrans SCM IQ-Sys­tem ver­fügt über eine Ano­ma­lie-Erken­nung, die auf maschi­nel­lem Ler­nen basiert. Sie über­wacht und ana­ly­siert per­ma­nent alle Sen­sor­wer­te und erkennt früh­zei­tig Abwei­chun­gen vom nor­ma­len Betriebs­zu­stand. Über die App kön­nen Auf­fäl­lig­kei­ten im Anla­gen­ver­hal­ten doku­men­tiert und inner­halb eines bestimm­ten Anwen­der­krei­ses wei­ter­ge­ben wer­den. Ein­ge­setzt wer­den kann das ab Som­mer 2021 erhält­li­che Sitrans SCM IQ-Sys­tem, bestehend aus Mul­ti­sen­so­ren, Gate­way und App, in allen indus­tri­el­len Anla­gen mit mecha­ni­schen oder rotie­ren­den Anla­gen­kom­po­nen­ten. Somit kön­nen durch die Ver­wen­dung bis­her unge­nutz­ter Daten aus Feld­ge­rä­ten poten­zi­el­le Stör­fäl­le früh­zei­tig erkannt und ver­hin­dert wer­den, um War­tungs­kos­ten und Still­stand­zei­ten zu reduzieren.

Nach­hal­tig­keit als Grundprinzip

„Unser Ange­bot zahlt nicht nur auf die Anfor­de­run­gen unse­rer Kun­den ein, eben­so leis­ten wir zum The­ma Nach­hal­tig­keit einen Bei­trag.“ erklärt Eber­le. Auf der Ache­ma Pul­se wer­den dem­entspre­chend auch Ses­si­ons zu den The­men Che­mi­cal Recy­cling und Sus­taina­bi­li­ty angeboten.