Die Henne, das Ei und Industrie 4.0

Konzepte und Nutzen der Industrie 4.0 für die Prozessindustrie

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16.05.2016 Revolutionen können auch technikgetrieben sein. Technische Entwicklungen haben in der Vergangenheit vielfach die Arbeitswelt und damit verbundene Wertschöpfungsketten revolutioniert. Wertschöpfende Arbeit wurde dadurch effizienter, und die Kosten für die geschaffenen Produkte wurden zugleich geringer.

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Entscheider-Facts für Betreiber und Manager

  • Das Leitbild „Industrie 4.0“ soll die deutsche Industrie wettbewerbsfähiger machen. Doch welche Technologien wären in der Prozessindustrie geeignet, um die erhoffte Produktivitätssteigerung zu erlangen?
  • Die Prozessindustrie hat spezifische Charakteristiken, die zu einer anderen Ausprägung von I4.0 führen, als beispielsweise im Nachrichtenwesen oder auch im Automobilbau.
  • Modulare Automation bzw. Produktion ist ein Beispiel für I4.0, weil sich ganz unterschiedliche Teilanlagen und Komponenten in einem bisher nicht erreichten Umfang vernetzen und miteinander kommunizieren.

In der Vergangenheit waren Erfinder Initiatoren solch bahnbrechender Entwicklungen. Geschichtlich betrachtet, war die jeweilige Entwicklung spontan. So ersetzte beispielsweise die Dampfmaschine den Esel, die Waschmaschine das Waschbrett und das Automobil das Pferd.
Industrie 4.0 (I4.0) wird als neue industrielle Revolution proklamiert. Diese Revolution unterscheidet sich grundsätzlich von den vorherigen, da sie vor ihrem tatsächlichen Eintreten ausgerufen wurde. In Verbindung mit I4.0 werden häufig Begriffe wie „cyber-physisches System“ oder „systems of systems“ genannt, mitunter fälschlicherweise synonym. Zusammenfassend kann man feststellen, dass viel Unsicherheit bei der Bestimmung des Begriffs I4.0 herrscht. „Was soll das sein?“ und „Was bringt mir das?“ sind häufig gestellte Fragen im Zusammenhang mit I4.0 in der Prozessindustrie.
I4.0 soll die Produktivität in den Nationen Europas steigern, den stark lastenden Druck aus den Niedriglohnländern lindern und somit die Konkurrenzfähigkeit von Unternehmen erhalten bzw. erneuern. Die deutsche Regierung ist bestrebt, die Ökonomie des Landes zu stärken. Außerdem möchte sie nicht länger auf einen sich spontan entwickelnden Innovationsschub in Sachen Produktivität warten. Um die technologische Entwicklung gezielt zu steuern, wurde eine Initiative gestartet – eine Initiative, genannt „Industrie 4.0“. Neben den nationalen Interessen werden dabei globale Trends berücksichtigt [1]. Wenn in der Vergangenheit die Ursache stets vor der Wirkung stand, war man nun gezwungen, die geeigneten Mittel für die gewünschte Wirkung zu beschaffen. Welche Technologie wäre in der Prozessindustrie geeignet, um die erhoffte Produktivitätssteigerung zu erlangen?

Technologien der IT werden mit bewährten Technologien der Industrie vereint
Eine generische Lösung durch I4.0, selbst beschränkt auf einzelne Branchen, lässt sich nur schwer formulieren. Im Allgemeinen ist für I4.0 die Tendenz erkennbar, dass zunehmend Technologien der IT mit bewährten Technologien industrieller Sektoren vereint werden. Einige Schlüsseltechnologien in dem Zusammenhang sind: Vernetzung, Data Mining und Cloud-Computing. Durch die Verschmelzung physikalischer Produktionssysteme mit virtuellen, wie der IT-Technik (Software), entsteht ein sogenanntes cyber-physisches System. Dieses bezeichnet den Verbund informatischer, softwarebasierender und elektromechanischer Komponenten, die über eine Dateninfrastruktur miteinander kommunizieren.
Die Prozessindustrie hat spezifische Charakteristiken [2], die zu einer anderen Ausprägung von I4.0 führt als beispielsweise im Nachrichtenwesen oder auch im Automobilbau. Nachfolgend werden einige Beispiele typischer Anwendungen von I4.0 in der Prozessindustrie exemplarisch vorgestellt. In den Branchen Spezialchemie und Pharma gelten modulare Anlagen [3] als ein Hoffnungsträger für Produktions- und Effizienzsteigerungen. Neben dem Anlagen- muss das Automatisierungskonzept ebenfalls in geeigneter Weise modularisiert werden.
Produktionsanlagen, die für eine gewisse Anzahl von Produkten hinreichend ähnlich sind, werden in kleinere gekapselte Einheiten zerlegt. Diese modularen Einheiten erlauben nicht nur eine ökonomische Wiederverwendung, sondern ermöglichen auch die flexible und schnelle Umgestaltung der Prozesse durch eine verwendbare Größe der Module und eine Kapselung ihrer Funktion. Die sogenannte economy of scale (bekannt von Commodity-Produkten) wird für relativ geringe Jahresproduktionsmengen zu einer economy of flexibility. Die neue Ökonomie (Bild 1) senkt den für den Bau typischerweise zu erwartenden kumulierten Kapitalfluss und verkürzt die Aufwendungen für Planung und Konstruktion (CCF). Somit verringert sich die zu erwartende Zeitspanne (teng) zur Rendite. Im Ergebnis werden geringe Losgrößen wirtschaftlich, bestehende Produkte zu geringeren Kosten produziert und neue Märkte entwickelt, wie z. B. der Markt für personalisierte Medikamente (Losgröße 1).

Heftausgabe: Mai 2016
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Über den Autor

Dr. Sven Lohmann, Business Development Manager SIS, und Ralf Küper, Business Development Manager Wireless, bei Emerson Process Management
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