Die sogenannte Industrie 4.0 ist durch technikgetriebene Veränderungen entstanden. Vor allem die Chemietechnik ist durch den hohen Innovationsstand in vielen Bereichen sehr wichtig geworden.
Moderne Konzepte der industriell genutzten Chemietechnik
Die Prozessindustrie ist in der heutigen Arbeitswelt ein wichtiges Element der Wertschöpfungskette. Durch die hier erfolgten revolutionären Anpassungen sind die einzelnen Schritte effizienter geworden als je zuvor. In der Folge konnten die Produktionskosten gesenkt werden, was sich am Beispiel der herkömmlichen Teilefertigung nachvollziehen lässt. Auch die Prozesse in der Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie können durch solche Modernisierungen vereinfacht werden.
Die verantwortlichen Unternehmer befassen sich neben der Abschätzung der Technikfolgen auch mit Fragen zum Umweltschutz, zur Energieeinsparung und zur Forschungsethik.
Vor diesem Hintergrund werden die folgenden Ziele angestrebt:
- Die Industrie 4.0 soll Deutschlands und Europas Produktivität steigern,
- die technischen Standards brauchen eine Aufwertung und eine eindeutige Charakteristik,
- die Automation soll modular und damit anpassungsfähiger werden,
- durch eine engere Vernetzung soll die Kommunikation besser unterstützt werden.
Der aktuelle Stand der Chemie-Industrie
Im chemisch-pharmazeutisch geprägten industriellen Bereich wurde im Jahr 2017 ein starkes Umsatzwachstum von mehr als 5 % verzeichnet. Die Steigerung der Produktion und die gute Auslastung zeigen eindeutig einen Zuwachs an. Grundlage dafür sind die kontinuierlichen Neuerungen im Bereich der Chemietechnik. Schon in früheren Zeiten wurden einfache Systeme durch technisch ausgereifte Anlagen effizienter, was man beispielsweise an der Entwicklung im Automobilbau und an den Modernisierungen der Haushaltsgeräte erkennen kann.
Heute gilt die Industrie 4.0 als eine besondere Form der industriellen Revolution. Der Unterschied zu den früheren Umbrüchen ist darin zu sehen, dass die I4.0 schon vor ihrem Erscheinen zu erkennen war. In der Prozessindustrie spricht man in diesem Zusammenhang von einem cyber-physischen System, doch bei den Definitionen zu den verschiedenen Bestandteilen der I4.0 fühlen sich die Beteiligten häufig noch unsicher.
Heute gilt die Industrie 4.0 als eine besondere Form der industriellen Revolution. Der Unterschied zu den früheren Umbrüchen ist darin zu sehen, dass die I4.0 schon vor ihrem Erscheinen zu erkennen war.(#01)
Was soll die moderne Industrie bewirken?
Die grundsätzlichen Ansprüche der modernen Prozesstechnik bestehen darin, die Produktivitätszahlen zu steigern und dabei gleichzeitig die Niedriglohnländer zu entlasten. Auf diese Weise soll der Konkurrenzkampf gefördert werden, um gleichzeitig die nationale und europäische Wirtschaft zu stärken.
Spontane Entwicklungsschübe und große Schwankungen bei den Produktionszahlen sind häufig Zufallsereignisse.
In der modernen Prozesstechnik ist eine gezielte Steuerung möglich. Inzwischen stehen die nötigen Tools (zB Business Analytics Tools) für ein solches Vorgehen zur Verfügung: Die Technik der Prozessindustrie erlaubt eine relativ präzise Vorhersage und ist zudem reaktionsschnell, wenn trotzdem kurzfristige Änderungen auftreten.
Die aktuell vorhandenen IT-Technologien beschränken sich noch häufig auf einen einzelnen Bereich, doch inzwischen zeichnet sich die Tendenz ab, dass eine Vereinigung der Industriebranchen über die zukunftsorientierte Prozesstechnik möglich ist. Vor allem die Vernetzung ist dafür verantwortlich.
Chemietechnik und IT kombiniert
Die Kombination aus physikalischen Herstellungssystemen mit einer prozessorientierten IT bildet ein cyber-physisches Gesamtsystem. Ein solches System verbindet elektromechanische, informatische und Software-basierte Bestandteile miteinander. Die Kommunikation läuft über die entsprechende Dateninfrastruktur.
In der chemischen Prozessindustrie sind andere Charakteristiken zu erkennen als beispielsweise in der Automobilindustrie.
Zu den typischen Anwendungsgebieten der I4.0 gehören die modularen Anlagen der Pharma-Industrie und der Spezialchemie, bei denen man eine hohe Produktionssteigerung erwartet. Zu diesem Zweck wird neben dem Anlagenkonzept auch das Automatisierungssystem angepasst und entsprechend modularisiert.
Für die Unternehmen ist es wichtig, dass die jeweilige Prozesstechnik nicht nur ausgeliefert wird, sondern auch eine Installation inklusive Abstimmung auf das Gesamtsystem stattfindet. Nur so kann das angestrebte Erfolgskonzept umgesetzt werden.
Im chemisch-pharmazeutisch geprägten industriellen Bereich wurde im Jahr 2017 ein starkes Umsatzwachstum von mehr als 5 % verzeichnet. (#02)
Wettbewerbsfähig werden mit modernisierten Produkten und Prozessen
Im Bereich der Chemie- und Prozesstechnik ist es für die Unternehmen wichtig, das eigene Programm vorzubereiten und sich auf den ausgewählten Nischenmarkt zu fokussieren. Ein wettbewerbsfähiges Konzept basiert außerdem auf der konsequenten Ausrichtung auf die Zielgruppe, einem intelligenten Marketing und einem realistischen Vertriebsplan.
Die Verfahrenstechnik, wie sie beispielsweise von der Reichelt Chemietechnik GmbH & Co.. angeboten wird, befasst sich typischerweise nicht nur mit den technischen Details wie Chemietechnik und Apparatebau, sondern auch mit der detaillierten Beratung und bei Bedarf langfristigen Betreuung ihrer Kunden. Neben der Vielzahl von Einzelprodukten findet man im Sortiment auch modulare Komponenten, die eine Wiederverwendung erlauben.
Die ökonomischen Überlegungen machen flexibel einsetzbare Elemente besonders interessant. Durch die geeigneten Produkte verringern sich die Kosten im Anlagenblau. Zugleich verbessern sich die Automatisierungsmöglichkeiten. Die ausgereifte Prozesstechnik beginnt schon bei den Herstellern, denn schon bei kleinen Produktionsmengen ist es möglich, wirtschaftlich zu arbeiten und ein schnelles Ergebnis zu liefern.
Neue Möglichkeiten für die Industrie 4.0
Die verbesserte Wirtschaftlichkeit in der Produktionsindustrie eröffnet viele Optionen. Unter anderem ist ein Markt für individualisierte Medikamente entstanden, des Weiteren konnten die Wartungsprozesse in industriellen Bereich optimiert werden. Die sogenannten Big Data sind für die moderne Industrie gleichzeitig Ausgangspunkt und Ziel.
In der Chemietechnik dienen die detaillierten Produktionsdaten dazu, die Abläufe zu vereinfachen, gleichzeitig lassen sich damit bestimmte Vorteile erreichen:
- Produkte lassen sich nach Kundenwunsch mit bestimmten Spezifikationen herstellen,
- Rohstoffe werden ökonomisch eingesetzt,
- durch den Verzicht auf Sicherheitszuschläge verringern sich die Produktionskosten,
- die Gewinnmarge der Produzenten erhöht sich.
Die verstärkte Datennutzung in Kombination mit einer modellgestützten Prozesstechnik sorgt für eine schnelle Analyse, was bei veränderten Stoffeigenschaften oder anderen Anpassungen sehr hilfreich ist. Nach dem Ausmessen der Daten und dem Digitalisieren des Prozesses muss nur noch die entsprechende Einspeisung durchgeführt werden, um den Produktionsdurchlauf zu starten.
Die verstärkte Datennutzung in Kombination mit einer modellgestützten Prozesstechnik sorgt für eine schnelle Analyse, was bei veränderten Stoffeigenschaften oder anderen Anpassungen sehr hilfreich ist. (#03)
Chemietechnische Prozesse in der Industrie
Bei einem thermischen Trennprozess braucht man nicht mehr die übliche hohe Anzahl von Temperatursensoren, sondern es sind nur noch ein paar NIR-Spektrometer erforderlich. Damit reduziert sich der Wartungsaufwand deutlich. Zudem sind die Sensoren anfälliger für Störungen und machen deshalb eine häufige Kontrolle nötig. Wenn im Produktionsbetrieb ein Gerät ausfällt, kommt von vielen Sensoren ein Warnsignal, sodass es eine Weile dauert, bis man die tatsächliche Ursache entdeckt hat. Hier arbeiten die NIR-Spektrometer deutlich besser und vereinfachen damit die Fehlerbehebung.
In Chemieanlagen kommen oft Spezialchemikalien zum Einsatz, die ebenso wie die personalisierten Medikamente oft in geringeren Mengen produziert werden. Dieser Trend erfordert einen häufigen Wechsel der Produktionsprozesse. Bei einer herkömmlichen Anlage muss die gesamte Automatisierungspyramide angepasst werden, was durch die hierarchische Aufteilung relativ umständlich ist.
Flexible Prozesse vereinfachen die nötigen Änderungen durch:
- Ihre Vernetzungsmöglichkeit,
- ihre adaptiven Fähigkeiten,
- ihre Selbstkonfiguration.
Die Prozessautomatisierung
Für die optimale Koordination einer innovativen Industrieanlage ist eine Gesamtoptimierung der Prozesse nötig. Dafür werden die verfügbaren Daten eingelesen. So ist es möglich, den Rohstoffeinsatz und den Energieverbrauch zu reduzieren. Gleichzeitig wird durch die intelligente Planung der Produktionsanlagen, der modularen Bauweise, der Inbetriebnahme und des laufenden Betriebs ein durchgängiger, konsequenter Prozess angestrebt.
Im Endeffekt ist die Produktion einerseits flexibel aufgebaut und gewährleistet andererseits eine übergreifende Vernetzung mit den Informationssystemen. So ist auch eine direkte Kommunikation zwischen Herstellung und Logistik möglich.
Ein Beispiel: Wenn sich einmal die Lieferung verzögert, kann die Produktionsplanung schon frühzeitig umgestellt werden. Es findet also ein ständiger Austausch der zusammenhängenden Sektoren statt. Dazu gehören die Produktionsprozesse, die Lagerbestände, die Kapazität der Logistik, die Verfügbarkeit der technischen Anlagen und die Kundenanfragen.
Aufgrund des hohen Sicherheitsstandards in der chemischen Prozessindustrie schreiten die Modernisierungspläne recht schnell voran. (#04)
Die Modernisierung in der Chemietechnik: Ein Schlusswort
Durch die erneuerte Prozesstechnik in Chemieunternehmen kommt es aktuell zu einer grundsätzlichen Veränderung der industriellen Abläufe. Schon zu einem frühen Zeitpunkt steht fest, wie die ursprünglichen chemischen Substanzen verarbeitet werden. Das technisierte Umfeld der industriellen Arbeitsabläufe erlaubt in diesem Zusammenhang eine besonders flexible Anpassung und Kontrolle. Durch die vernetzten Komponenten und die Konzentration auf hochtechnisierte Module lassen sich eventuelle Fehlfunktionen schnell erkennen und ausmerzen.
Hier spricht man von der „Cyber Security“ und ihren Vorzügen. Aufgrund des hohen Sicherheitsstandards in der chemischen Prozessindustrie schreiten die Modernisierungspläne recht schnell voran. Für die Unternehmen und auch für die gesamte Wirtschaft ist das ein wichtiger Wettbewerbsvorteil. Die Industrie 4.0 hat also schon begonnen und zeigt ihre ersten Erfolge.
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