Prozessindustrie: Das sind die Trends 2022

Einer der wesentlichen Treiber ist in dieser Hinsicht die Automation von Prozessen. Wir haben maßgebliche Unternehmen nach den Trends und Innovationen in der Prozessindustrie für 2022 befragt.

Was sind für Sie im Jahr 2022 und darüber hinaus die wichtigsten Trends im Bereich Automation und welche innovativen Lösungen bietet Ihr Unternehmen dazu an?

Prozessindustrie 2022: Potenziale erkennen und umsetzen

Im heutigen Marktumfeld müssen Endanwender in der Prozessindustrie moderne Technologien adaptieren, um in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Vor allem der Bereich der Prozessautomatisierung bietet noch viel Verbesserungspotenzial. Damit diese Potenziale erschlossen werden können, haben Anlagenbetreiber die Möglichkeit, innovative und neue Technologien wie die digitale Vernetzung der gesamten Anlage oder cloudbasierte Big-Data-Analysen in das Automatisierungssystem zu integrieren. Hinsichtlich der Verfügbarkeit von Brownfield-Anlagen sollten die Modernisierungsmaßnahmen zudem schnell und unkompliziert erfolgen können.

Einen Ansatz zur Integration neuer Technologien bietet die PC-basierte Steuerungstechnik. Damit werden Endanwender unabhängig vom Hersteller des Automatisierungssystems, indem sie Komponenten verschiedener Anbieter problemlos zu einer Gesamtlösung kombinieren können. Die offene Systemarchitektur der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff unterstützt standardisierte Schnittstellen und eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen wie EtherCAT, PROFINET oder EtherNet/IP. So wird die Anbindung an Prozessleitsysteme vereinfacht, was bei der Modernisierung oder Erweiterung bestehender Anlagen Zeit und Kosten für das Engineering spart.

PC-based Control ermöglicht die Kombination von Prozessführung und vielfältigen Analysen in einer Steuerung. Durch die Einbindung von Condition-Monitoring-Algorithmen und einem Konzept für Predictive Maintenance können beispielsweise Anlagenstillstandzeiten minimiert und die Prozesseffizienz erhöht werden. Mit der Integration einer Cloud-Infrastruktur wird ein globaler Zugriff auf die Anlagendaten und den Anlagenstatus sowie die weltweite Durchführung von Wartungen und Anpassungen umgesetzt. Somit bietet die PC-basierte Steuerungstechnik alle Möglichkeiten, prozesstechnische Anlagen zukunftssicher zu automatisieren und zu betreiben. Mithilfe des umfassenden Automatisierungsbaukasten von Beckhoff in Soft- und Hardware können diese Potenziale vollumfänglich erschlossen werden.

Die Automation wird in 2022 und darüber hinaus mehr denn je von der gesamten Bandbreite der Digitalisierung beeinflusst werden. Dabei liegt der Fokus darauf, industrielle Prozesse mit nachhaltigen und durchgängigen Lösungen zu optimieren, indem wir Zukunftstechnologien wie KI, 5G und das Industrial Industry of Things (IIoT) zunehmend in unsere Lösungen integrieren. Dazu zählt auch der digitale Zwilling, der für unsere tägliche Arbeit beim Kunden und die Digitalisierung unserer eigenen Prozesse und Workflows mehr und mehr an Bedeutung gewinnt.

Vor dem Hintergrund, dass Automatisierungslösungen von einem Hersteller zumeist in sich geschlossen sind, besteht eines unserer Kernanliegen darin, dazu beizutragen, hersteller- und hardwareunabhängige Lösungen zu schaffen. Die bisherige Praxis führte dazu, dass industrielle Kunden sich in der Regel auf ein bis zwei Herstellerlösungen beschränkten, um den Aufwand ihrer Mitarbeitenden im Umgang damit wie auch die Ersatzteilhaltung realisierbar zu halten. Bei uns als Systemintegrator ist das so nicht umsetzbar – wir müssen unsere Mitarbeitenden auf einem breiteren Spektrum up to date halten, wobei auch nicht jeder jede Lösung gleichermaßen beherrschen kann.

Wir haben uns daher Ende 2021 der Non-Profit-Organisation UniversalAutomation.org angeschlossen, in der sich Anbieter, Endnutzer, Systemintegratoren, OEMs, Startups und Hochschulen aus der gesamten Branche zusammengefunden haben. Das gemeinsame Ziel besteht darin, Interoperabilität und Portabilität in die industrielle Welt zu bringen, indem die Mitglieder hersteller- und hardwareunabhängige Standards realisieren. Diese neue Ebene gemeinsam genutzter Technologie bildet die Grundlage für ein Ökosystem aus mobilen, interoperablen „Plug-and-Produce“-Lösungen und schafft eine völlig neue Kategorie innerhalb der industriellen Automatisierung – wir sprechen hier von einem echten Gamechanger.

Zu unseren weiteren Schwerpunkten in diesem Jahr gehören erstens die 3D-Planung von elektrischen Anlagen und Systemen inklusive der Integration in die vernetzte Planung unter Nutzung von Building Information Modeling (BIM). Zweitens bauen wir unser Angebot an Lösungen zum Thema Smart Maintenance weiter aus. An dritter Stelle steht die Etablierung von Lösungen für das Module Type Package (MTP) für die Prozessindustrie, um die Kommunikation und Konnektivität in hochadaptiven modularen Anlagen zu verbessern.

1. Allround-Daten besser nutzen

Daten entstehen aus immer mehr Quellen und sollten für alle Prozesse nutzbar werden. Dafür müssen alle Prozessdaten in einem zentralen System verfügbar sein für die Weiterverarbeitung mit KI und BI.

2. Mitarbeitern den Rücken mit „Robotern“ freihalten

Das Ziel, Mitarbeiter zu entlasten, kann durch über einen Retrofit nachgerüstete und mit IOT vernetze Maschinen oder automatisierte Workflows wie die Verarbeitung von Papierdokumenten mittels OCR erreicht werden – Maschinen werden befähigt, Ketten von Arbeitsschritten selbständig auszuführen.

3. Den Weg zur nachhaltigen Produktion managen

Will man Maschinen-Auslastungen timen, Material besser planen, Ausschüsse und Abfallprodukte reduzieren oder zielgerichtet produzieren, so kommen KI- und IOT-Technologien ins Spiel. Ob der Bedarf automatisch aufgrund von Daten geplant, mit Predictive Maintenance Vorhersagen getroffen oder Füllstände mittels Smart Logistik automatisch ans ERP-System übermittelt werden – ihre Ressourcen können die Maschinen selbst so passgenau wie möglich einplanen.

4. Automatisierung smarter und agiler einführen

Automatisierung muss lösungs- und prioritätenorientiert erfolgen, zum Beispiel wenn ein vernetztes Teamwork von Technologien gefragt ist. Die von den Sendern ausgegebenen Informationen werden via IOT-Plattform weiteren Systemen zugewiesen.

5. Geschäftsmodelle erweitern mit „Automation-as-a-Service“

Eher ein Geheimtipp ist der Trend, die eigenen Automation-Skills auch als Mehrwerte rund um Produkte zu verkaufen. Ganz neue Geschäftsmodelle werden möglich, wenn Smart Products bei Reparaturbedarf von selbst warnen und so automatisiert eine Wartung oder Nachbestellung im ERP-System beauftragen.

Insider statt Inseln – Ein System aus allen Systemen

Basis für die Umsetzung dieser Trends ist Connectivity: Comarchs Lösung für Industrie 4.0 beinhaltet mit Sendern ausgestattete Sensoren (z. B. Comarch Beacons) und Empfänger (Comarch IoT Hubs), die mit einer IOT-Datenbank (Comarch IOT Plattform) verbunden sind, die wiederum mit dem ERP-System Comarch ERP Enterprise) integriert wird, wo Daten in automatische Prozesse überführt werden.

Hohe Flexibilität in der Prozessindustrie

Effiziente, zuverlässige Prozesse und eine hohe Flexibilität der Produktion sind in der Prozessindustrie wichtiger denn je. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, gilt es die Möglichkeiten der Digitalisierung und des modularen Anlagenbaus mit dem Ziel auszuschöpfen, die Effizienz zu erhöhen ebenso wie den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Insbesondere der Stellenwert von Monitoring-Lösungen steigt, zumal es mit NOA ein Konzept gibt, die notwendigen Daten zu erhalten. Zum sicheren Schutz des Kernprozesses kommt ein NOA Security Automation Gateway zum Einsatz, das M+O-Daten erfasst, bereitstellt und dabei unterschiedlichen Security-Anforderungen gerecht wird. Die nötige Datenverfügbarkeit und Transparenz werden darüber hinaus durch innovative Methoden zur Datenübertragung erreicht. Die Prozessindustrie mit ihren speziellen Sicherheitsanforderungen kann sich hier durch die Nutzung von Ethernet-APL zukunftsfähig für die Industrie 4.0 aufstellen. Über kurz oder lang wird auch der neue Mobilfunkstandard 5G die Datenerhebung aus dem Feld ergänzen. Bis zu dessen Serienreife lassen sich die Daten zusätzlicher M+O-Sensoren über verfügbare Wireless-Lösungen austauschen.

Eine weitere Forderung der Prozessindustrie sind modulare Anlagen, die sich schnell planen und errichten sowie bei Bedarf an neue Marktgegebenheiten anpassen lassen. Mit standardisierten MTPs, in denen die Modulfunktionen gekapselt werden, legen die Modulanbieter die Basis für eine einfache Integration in die übergreifende Prozessführungsebene. Die Anforderungen an Safety und Security dürfen dabei nicht aus den Augen verloren werden. Es gilt die Module intrinsisch sicher im Hinblick auf funktionale Sicherheit und Cybersicherheit zu gestalten.

Modularität, Safety und Security sowie Open Automation sind ebenfalls wichtige Stichworte bei neuen Technologien zur Speicherung und Verwendung von Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien. Zahlreiche Power-to-X-Anlagen befinden sich derzeit in Planung. Vorqualifizierte Module mit MTPs, offenen Steuerungssystemen und einem hohen Sicherheitsstandard beschleunigen den Aufbau und die Inbetriebnahme. Modular entstehen auch Brennstoffzellenkraftwerke, die zur Rückverstromung des zwischengespeicherten Wasserstoffs eingesetzt werden. Nach diesen Grundprinzipien werden sich künftig viele weitere Power-to-X-Technologien etablieren. Sie bilden wesentliche Stützen einer All Electric Society, die mit CO2-neutral generierter Elektrizität den Weg in eine emissionsarme Zukunft ebnet.

Herausforderungen wie die aktuelle Pandemie, der Fachkräftemangel und Generationenwechsel setzen die Industrie zunehmend unter Druck: Erfahrene Mitarbeiter in der Industrie scheiden aus, die nachrückende Generation wird eine andere, eine digitale sein. Parallel erhöhen sich täglich die Anforderungen und Skills in einer komplexer werdenden Industrieanlage.

Wir sehen das Erfordernis und den klaren Trend einer neuen Kombination von IT, OT und Mensch unter dem Stichwort „Industrial Communication“. Die IT-Architektur rund um Anlagen und Produktionsprozesse sowie die Art und Weise des mobilen Arbeitens haben sich oder müssen geändert werden:

• Immer verbunden zugunsten einer Live Daten Verfügbarkeit
• Digitalisierte Arbeitsabläufe und Checklisten
• Mobile Worker haben Live Zugang zu digitalisiertem Wissen
• Entscheidungen auf der Grundlage kontextbezogener Daten

Ohne Digitalisierung wird mittelfristig kein effektiver Betrieb und Instandhaltung mehr möglich sein. Die Produktionsprozesse, das Zusammenspiel der Anlagenteile, Big Data und 3rd-party Services werden immer vielschichtiger und komplizierter.

Digitale Endgeräte sind mehr als Kommunikationswerkzeuge

Die Einbindung mobiler Endgeräte und Lösungen wie Smartphones, Tablets oder Smart Glasses – selbst für explosionsgefährdete Bereiche – nimmt zunehmend eine Schlüsselrolle dabei ein, das Ziel einer digitalen Produktion und Wartung der Anlage zu verwirklichen. Als Teil einer digitalen Gesamtlösung unterstützen sie Techniker in der Anlage, Live-Daten abzufragen, zu erfassen, auszuwerten und direkt auf jegliche Eventualitäten zu reagieren und effektiv zu handeln:

• Neueste und innovative Technologien: Remote Unterstützung und Digitale Workflows mittels Smart Glasses
• “See what I see“ Video Streaming zur freihändigen Remote Unterstützung durch Experten

In vielen Ex-Bereichen gibt es hohe Hürden für den Einzug der Industrie 4.0. Die ex-geschützten Smart Devices der PEPPERL+FUCHS-Marke ECOM sorgen dafür, die Lücke zwischen den Sicherheitsanforderungen und dem Datenhunger der Smart Production zu schließen.

Die richtige Netzwerkinfrastruktur für die Prozessindustrie

Auch in 2022 und den Jahren danach werden Digitalisierung und Nachhaltigkeit die wesentlichen Innovationstreiber der Automatisierung sein. Dabei zieht sich Digitalisierung durch die verschiedensten Ebenen der Prozessindustrie. Sie beginnt mit gut geplanten und sinnvoll segmentierten Netzwerken, geht über die Vernetzung unterschiedlichster Anlagenteile und beinhaltet auch den einfachen und vor allem sicheren (Fern)Zugriff auf Daten sowie deren zuverlässige Speicherung und Analyse. Aber nicht nur die Automatisierungsanlagen selbst gilt es zu digitalisieren, sondern auch viele Prozesse und die Dokumentation.

Rösberg unterstützt hier auf vielfältige Weise, z.B. begleiten wir seit Jahren mit unserem PLT-CAE-System ProDOK und dem digitalen Dokumentationstool LiveDOK die digitale Anlagenplanung, Inbetriebnahme und den sicheren Betrieb. Diese Tools ermöglichen ein durchgängiges Engineering ohne Datenverlust. Dass wir dabei z.B. auf [email protected] setzen, um Stammdaten standardisiert übertragen zu können, ist aus unserer Sicht eine wesentliche Grundlage, um Digitalisierung über verschiedene Bereiche hinweg zuverlässig umsetzen zu können. Aber auch dem Netzwerk kommt bei der Digitalisierung eine wichtige Rolle zu. Seine Sicherheit und Zuverlässigkeit sind entscheidend. Daher unterstützt unser Team für Automation-Security-Konzepte bei der Konzeptionierung von Netzwerkinfrastruktur für den IT/OT-Bereich bis hin zur Härtung der Betriebssysteme.

Beim Thema Nachhaltigkeit denke ich an dreierlei: unser Team, unsere Lösungen und natürlich die Umwelt. Unseren erfahrenen und langjährigen Mitarbeitern ermöglichen wir dazu interdisziplinäres und eigenverantwortliches Handeln. In unserer Innovationswerkstatt rLAB tauschen sie sich über verschiedene Fachgebiete hinweg aus, um gemeinsam Trends am Markt zu erspüren. Zum Schutz unseres Planeten verpflichten wir uns gegenüber unseren Kunden und Partnern im eigenen Handeln und hinsichtlich unserer Lieferketten zu höchsten Umwelt- sowie Ethikstandards: Seit 2021 sind wir klimaneutral. Aus meiner Sicht gehen übrigens beide Trends, Nachhaltigkeit und Digitalisierung, Hand in Hand. Konsequent umgesetzt leistet Digitalisierung einen wesentlichen Beitrag zu Nachhaltigkeit, denn sie optimiert Prozesse und spart so wertvolle, endliche Ressourcen.

Unternehmen der Prozessindustrie stehen vor wandelnden Herausforderungen, da sich die Nachfragesituationen und globale Lieferketten stetig ändern. Diese Herausforderungen müssen flexibel bewältigt werden und ich sehe Digitalisierung und Automatisierung als ideale Hebel. Die Trends dabei sind für mich die fortschreitende Vernetzung von IT und OT, ein schneller und sicherer Datenzugang sowie die Modularisierung: Für kurze Innovationszyklen und schnelle Anpassungen an neue Produktportfolios müssen Systeme schnell und einfach erweiterbar sein. Dafür braucht man standardisierte und herstellerunabhängige Schnittstellen, wie sie im Module Type Package (MTP) definiert ist. Mit diesem Protokoll lassen sich Prozessmodule oder Teilanlagen so beschreiben, dass sie leicht in eine übergreifende Automatisierungslösung integriert werden können, beispielsweise in unser webbasiertes Prozessleitsystem Simatic PCS neo.

IT- und OT-Konvergenz und damit die zunehmende Vernetzung von IT und OT ist ein wichtiger Aspekt für eine erfolgreiche digitale Transformation in der Prozessindustrie. So arbeiten wir zum Beispiel mit Zscaler Inc., im Bereich der Security zusammen, um Kunden den sicheren Zugriff vom Arbeitsplatz im Büro auf OT-Systeme im Produktionsnetzwerk zu ermöglichen. Ein wichtiger Punkt ist es, die Internetanbindung in der Kommunikation zu verbessern. So können durch Daten-Management vom Sensor bis zur Cloud potenzielle Störfälle frühzeitig erkannt und verhindert werden, was Wartungskosten und Stillstandzeiten reduziert. Um Daten zu erfassen, wie beispielsweise Temperatur oder Vibration von maschinellen Anlagenkomponenten, bieten wir den drahtlosen Sitrans MS200-Multisensor. Durch Bluetooth werden die Daten an das Industrie-Gateway und von dort verschlüsselt in die Cloud übertragen. Das Sitrans SCM IQ-System arbeitet mit Anomalie-Erkennung und maschinellem Lernen. Dabei werden ständig alle Sensorwerte überwacht und analysiert, wodurch man frühzeitig Abweichungen erkennt.

Digitalisierung bedeutet perfektes und durchgängiges Daten-Management. Daten können nur fließen, wenn die Konnektivität sichergestellt ist, daher ist Kommunikation ein wichtiges Thema geworden und wir sehen private 5G-Netzwerke als Treiber im Rahmen der digitalen Transformation. Mit dem Scalance MUM856-1 ist seit 2021 unser erster industrielle 5G-Router verfügbar, der lokale Industrieanwendungen mit öffentlichen 5G- und 4G (LTE)-Mobilfunknetzen verbindet. Anlagen und Maschinen können durch ihn über ein öffentliches 5G-Netz flexibel und mit hohen Datenraten aus der Ferne überwacht und gewartet werden.

Sicherheit und Mehrwert sind wichtig

Automation ist kein Selbstzweck. Im Fokus steht die Steigerung von Effizienz und Effektivität unter Verwendung technischer Möglichkeiten (neue Technologien und Prozesse) sowie Gestaltung neuer Geschäftsmodelle. Den Themen Sicherheit sowie Sicherstellung von Lieferketten und Energieversorgung kommen dabei zentrale Rollen zu. Deutlich wird auch, dass unsere volkswirtschaftlichen Anstrengungen im Bereich Digitalisierung und Automatisierung auf die Attraktivität des Wirtschaftsstandorts Deutschlands und somit auf unseren Wohlstand einzahlen.

Eine unserer wichtigsten Säulen ist unsere kundenzentrierte Ausrichtung. Mit der täglichen Nähe zu unseren Kunden erarbeiten wir gemeinsam die individuellen Anforderungen an unsere wertschöpfenden Leistungen, unter Beachtung der allgemeinen und individuellen Herausforderungen. Jeder einzelne Kollege hat die Möglichkeit, Ideen z.B. aus Kundengesprächen heraus direkt als strategische Idee zu platzieren, die dann zu einem Produkt weiterentwickelt werden kann.
Eine zweite Säule besteht in einer aktiven Teilnahme an Gremien. So beteiligt sich die YNCORIS beispielsweise aktiv in der NAMUR und kann somit Trends wie Advanced Physical Layer (APL), Verwaltungsschale, Module Type Package (MTP) oder NAMUR Open Architecture (NOA) bewerten und mitgestalten.
Die dritte Säule besteht in den Kooperationen mit Universitäten und Hochschulen. Hier laufen Projekte beispielsweise mit der RWTH Aachen, um Verwaltungsschalen „praxistauglicher“ zu gestalten. In der NAMUR wurde etwa NOA entwickelt, um sogenannte Monitoring + Optimization-Messungen strukturiert in bestehende Automationshierarchien einzubinden. An unseren eigenen Anlagen im Chemiepark Knapsack haben wir diverse IIOT-Sensoren auf ihre Praxistauglichkeit getestet, so dass wir unseren Kunden ausgetestete Systeme demonstrieren und konkrete Empfehlungen für angepasste Lösungen geben können. Plattformen, auf denen die gemessenen Daten zusammenlaufen, gibt es auch zahlreich am Markt. Neben der Zukunftsfähigkeit spielen zum einen die Anwenderfreundlichkeit, aber insbesondere auch die Security eine große Rolle in der Auswahl.

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