Prozessindustrie: digitale Wüste, analoge Oase?

Beispiele wie Feldbus oder auch FDI zeigen: Die Prozessindustrie tut sich schwer mit dem Einsatz neuer Technologien; analoge 4…20-mA-Technik beherrscht nach wie vor das Feld. Droht der Digitalisierung in der Prozessindustrie dasselbe Schicksal? Auf der diesjährigen PI-Konferenz, die von Profibus International Mitte März veranstaltet wurde, war die Digitalisierung der Prozessindustrie das Leitthema. VieleTechnik-Details wurden bei der virtuellen Konferenz diskutiert, aber auch das große Ganze. So setzte der Keynote-Speaker Dr. Jens-Uwe Meyer, Innolytics, gleich zu Beginn der Konferenz mit einer markanten Feststellung den Ton: „Morgen wird es kein einziges Geschäftsmodell mehr geben, das ohne Digitalisierung auskommt.“

Digitalisierung im Tal der Enttäuschung

Doch hat die Digitalisierung in der Prozessindustrie bereits „den Mainstream erreicht“, wie Meyer für die Gesamtwirtschaft feststellte? Die Teilnehmer der Podiumsdiskussion konnten das nicht uneingeschränkt bestätigen. Mehrheitlich positionierten diese die Prozessindustrie in Sachen Digitalisierung im Gartner Hypecycle zwischen dem „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ und dem „Tal der Enttäuschung“ – von der produktiven Nutzung der Digitalisierung scheint die Branche noch entfernt zu sein. „Wir haben große Erwartungen an die Digitalisierung, aber vor allem in der Prozessindustrie lassen sich diese nicht einfach umsetzen“, stellte Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation fest.

Woran liegt das? Mit Kommunikationstechnologien wie Feldbus, der 2-Draht-Ethernetlösung APL oder der Namur Open Architecture, über die sich ein zweiter Kommunikationskanal ins Feld aufbauen lässt, scheinen die Grundlagen für eine flächendeckende Digitalisierung der Chemie- und generell Prozessanlagen in greifbarer Nähe. Und auch Lösungen wie die vorausschauende Wartung von Maschinen unter Nutzung von künstlicher Intelligenz gibt es bereits. Aber – und diese Erkenntnis war in der Expertenrunde unwidersprochen – es sind eben nur Insellösungen.

Die Gründe dafür sind vielfältig. Einer besteht in der Komplexität für die Anwender – das wird beispielsweise beim Feldbus deutlich und verhinderte dessen Verbreitung. „Feldbus war zu komplex – so kann beispielsweise eine Fehlersuche durchaus Wochen dauern“, verdeutlichte Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser Digital Solutions und Vorstand der Profibus Nutzerorganisation. „Wir sind in Deutschland zu technikverliebt“, sekundierte Dr. Wilhelm Otten, bis 2018 Vorstandsvorsitzender der Namur, aus Anwendersicht: „Am Ende entscheidet der Mehrwert einer Technologie für den Anwender. Wir müssen den Use Case stärker in den Fokus rücken und mit einfachen Lösungen starten.“

Ein weiterer Knackpunkt ist die Standardisierung, denn ohne Standards entstehen zu viele Insellösungen und fehlt es zum Schluss an Skaleneffekten: „Technologie alleine wird es nicht bringen, wir brauchen die Standardisierung, um einen vernünftigen Return on Invest zu erreichen“, konkretisiert Karsten Schneider. Ein Aspekt, den auch Stefan Hoppe, Präsident der OPC Foundation sieht und noch erweitert: „Wir brauchen zwar mehr Standardisierung, aber das schaffen einzelne Organisationen nicht mehr – hier brauchen wir mehr Zusammenarbeit!“. Denn neben Standards für Hard- und Software geht es im Hinblick auf Digitalisierung und Cloud-Dienste heute vor allem auch darum, Datenmodelle und –strukturen zu standardisieren. „Sonst droht den Anwendern wieder ein lock-in, diesmal allerdings bei Cloud-Anbietern“, so Hoppe.

„80 % der Zeit und des Budgets in Digitalisierungsprojekten wird oftmals darauf verwendet, Daten aufzuräumen und Kohärenz zu schaffen", verdeutlicht Dr. Matthias Bölke, Chairman der neu gegründeten Industrial Digital Twin Association, IDTA: «Dieser Aufwand ist zu hoch und die eigentliche Wertschöpfung damit noch nicht realisiert. Wir brauchen mehr Standardisierung». Daher will die IDTA dem digitalen Zwilling zum Durchbruch verhelfen. Grundlage ist die Industrie-4.0-Verwaltungsschale mit der die standardisierte  Verwaltung von Datenmodellen erfolgt. Schon etablierte Standards der IND4.0 werden einfach integriert. Die Digitalisierung würde  dadurch für den Anwender vereinfacht und Maschinenhersteller in die Lage versetzt, mit ihrer Hardware gleichzeitig eine Beschreibung der eingesetzten Assets im digitalen Zwilling mitzuliefern.

Technik und Datenmodelle zu standardisieren ist dabei ganz im Sinne der Anwender: Wilhelm Otten berichtete von 16 bis 17 Datenmodellen, die in der Prozessindustrie genutzt werden und die vernetzt werden müssen, um der Digitalisierung zum Durchbruch zu verhelfen. Stefan Hoppe berichtet, dass die OPC Foundation mit Partner bereits heute 60 Informationsmodelle für verschiedene Branchen erstellt hat: „Erst wenn wir Technik und Datenmodelle standardisieren, sinkt die Komplexität und haben wir eine Chance, die Kosten zu reduzieren“, so Otten.

Überhaupt spielt bei allen Digitalisierungsprojekten der ökonomische Faktor eine entscheidende Rolle: Wo lässt sich durch Digitalisierung Geld verdienen? Wie entsteht ein Geschäftsmodell, mit dem sich Investitionen in Digitalisierung rechnen lassen? Aus Sicht von Jörg Hähniche liegt der Schlüssel in einer engen Zusammenarbeit zwischen den Organisationen und mit den Endanwendern: „Wir müssen den Use Case verstehen, um die Technologie dafür so einfach wie möglich machen zu können.“

Die Anwendung von Pay-per-use-Modelle für die Nutzung von Anlagenequipment oder die vorausschauende Wartung als mögliche Anwendungsfälle der Digitalisierung sehen die Herstellervertreter als vergleichsweise einfach zu hebendes Potenzial. Wilhelm Otten hält dagegen, dass Digitalisierung und künstliche Intelligenz nur denen einen Schub verleihen wird, die in Sachen Predictive Maintenance bisher noch wenig getan haben: „Wer seine Hausaufgaben bei der Maschinenüberwachung gemacht hat, für den entsteht hier wenig Mehrwert“, so Ottens Erfahrung. Ein aus seiner Sicht deutlich attraktiverer Use Case ist die Datenintegration bei der Planung von Anlagen (datenzentriertes Engineering) und vor allem die Datenintegration im Lebenszyklus einer Anlage. Denn gerade in der Chemie werden diese laufend optimiert und umgebaut – und meist fehlt es beim Beginn von Erweiterungsprojekten an einer konsistenten Anlagendokumentation. „Wir müssen die Daten aus dem Engineering in den Betrieb übernehmen, da steckt richtig Geld drin“, so Otten. Erste Ansätze, wie die As-built-Dokumentation automatisch aus den Anlagenkomponenten in zentrale Engineering-Datenbanken übernommen werden können, sind bereits erkennbar.

Noch mehr Nutzen durch Digitalisierung für Unternehmen der Prozessindustrie entsteht allerdings noch eine Stufe weiter oben in der Wertschöpfungskette: „Wir haben heute riesige Bestände und Lager, weil wir die Produktion schlecht an den Bedarf anpassen können. Weil die Anforderungen an die Flexibilität steigen, werden noch mehr Bestände aufgebaut – das kostet Geld. Wenn wir hier flexibler werden, dann zahlt sich das aus“, so Otten. Den Schlüssel dazu sehen die Anwender in der Modularisierung der Anlagen: Skalierung durch Ergänzen weiterer Module, schnelleres Engineering, weil Anlagen nicht mehr von Grund auf neu geplant werden, sondern sich aus standardisierten Modulen zusammenstellen lassen. „Über die Modularisierung werden sich die Strukturen in der Prozessindustrie denen in der Fertigungsindustrie angleichen“, ist Otten überzeugt.

„Bis wir soweit sind, sollten wir aber mit den 'low hanging fruits' der Digitalisierung Erfahrungen machen“, mahnt Jörg Hähniche. Denn aus seiner Sicht bleibt die Kernfrage „Wie kann man die Bestandsanlagen modernisieren, um zu digitalen Strukturen zu gelangen?“. Auch hier ist klar erkennbarer Nutzen die Triebfeder. Daten dort zugänglich zu machen, wo sie für eine konkrete Digitalisierungsanwendung notwendig sind, ist der Ansatz der Namur Open Architecture: Diese ermöglicht es, neben der Automatisierungsstruktur einen zweiten Kanal zwischen Feld und Cloud aufzubauen.

Was behindert die Digitalisierung der Prozessindustrie und was könnte ihr also zum Durchbruch verhelfen? Aus Sicht der Teilnehmer der Podiumsdiskussion zur PI-Konferenz sind es einige wenige Aspekte, die es allerdings in sich haben:

• Komplexität abbauen
• Use Cases zeigen
• Geschäftsprozesse integrieren
• Standardisierung und konsistente Daten sowie
• die Zusammenarbeit der Organisationen, Hersteller und Anwender.

Für Karsten Schneider stimmt dabei die Richtung, die die Prozessautomatisierer eingeschlagen haben: „Die Zusammenarbeit ist viel enger geworden. Wir sind auf dem richtigen Weg – man muss Digitalisierung jetzt einfach machen!“