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Samstag, 23. Februar 2019

Engineering

Anlagen im Container-Format

Von Manfred Schulze | 5. Juli 2018 | Ausgabe 27

Der Anlagenbau steht vor neuen Herausforderungen. Er soll flexibler auf neue Marktbedürfnisse reagieren können. Statt den Prozess im Ganzen zu designen, geht es künftig darum, modulare Strukturen schnell und sicher zu konfigurieren.

IFF-BU
Foto: Viktoria Kühne/Fraunhofer IFF

Flexibilität ist bei Anlagenkonzepten in Zukunft ein wichtiges Merkmal. Dafür werden neue Technologien und modulare Konzepte entwickelt.

Reduzierter Planungsaufwand, kürzere Fristen für die Inbetriebnahme sowie der Kauf von Leistung statt von Maschinen – diese drei Punkte sorgen dafür, dass in einigen Industriebranchen schon jetzt der modulare Anlagenbau als sicheres Zukunftsmodell gesehen wird. In der Chemie- und Pharmabranche laufen bereits die ersten Projekte an.

Die Vision hört sich ziemlich gewagt an: Während heute üblicherweise für eine Produktionslinie sämtliche Verfahrensschritte individuell für den Gesamtprozess durchgeplant werden, wollen die Ingenieure künftig einzelne Komponenten als Fertigmodule wie aus einem Baukasten in die Anlage integrieren. Die Module besitzen dazu eine eigene Steuerung und Sicherheitssysteme. Sie können nach dem Plug-and-play-Prinzip über standardisierte Schnittstellen in kürzester Zeit Betriebsbereitschaft herstellen und an die zentralen Prozessleitsysteme andocken.

Die entsprechenden Standardisierungen über die Industrieverbände und den VDI sind bereits in Arbeit und könnten ab dem nächsten Jahr vorliegen, hieß es dazu Ende Juni auf der Fachtagung „Anlagenbau und -betrieb der Zukunft“, die das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -Automatisierung (IFF) in Magdeburg ausrichtete.

Frank Stenger, Leiter der Arbeitsgruppe Prozessoptimierung bei Evonik und Vorsitzender des VDI-Richtlinienausschusses, sieht in der Modularisierung von Anlagen einen wichtigen Schritt, um den Anforderungen von Produzenten gerecht zu werden. „Wir sind mitten in der Digitalisierung der Prozesse und Lieferketten, damit wachsen zugleich die Anforderungen an die Flexibilität der Anlagen, die künftig nicht mehr nur für einen Prozess gebaut werden“, sage er. Der Einbau von Standardmodulen führe dazu, dass es künftig in den Fabriken eher um die Konfigurationen als um das klassische Anlagendesign gehen werde.

Die Module steuern sich nach seiner Vorstellung dann selbst, werden aber noch von der zentral orchestrierten Überwachung registriert und geführt – an die auch sie Daten liefern. Evonik habe bereits eine eigene Versuchsplattform aufgebaut, die aus vier Modulen besteht. Der Austausch einzelner Gruppen dieser Verdampferanlage könne in etwa zweieinhalb Stunden erfolgen. „Die Flexibilität steigt durch den schnellen Ersatz einzelner Module oder durch die Erweiterung rasant an“, so Stenger.

Im europäischen Verbundprojekt F3-factory wurde bereits 2009 ein erster Demonstrator aufgebaut, mit dem die Möglichkeiten nachgewiesen werden konnten. Inzwischen werde die Standardisierung und Internationalisierung sowohl von den deutschen Branchenverbänden ZVEI und VDMA als auch vom internationalen Verband für Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie (Namur) vorangetrieben.

Dennoch bleibt die modulare Fabrik ein ganzheitlicher Ansatz. Neben ihren zentralen Prozesskernen – etwa den Reaktoren – umfasst sie Module, Datenbanken und unternehmensspezifisches Know-how. Nach den Erfahrungen von Armin Schweiger, Geschäftsführer der Leverkusener Invite GmbH, kann mit den aus den Prozessen gewonnenen Daten und einem Blockfließbild bei späteren Anpassungen schnell und zuverlässig reagiert werden. Allerdings könne es trotz der Modularisierung durchaus notwendig sein, den Gesamtprozess noch einmal zu analysieren und zu modifizieren oder gegebenenfalls auch im Detail neu zu planen. Grundsätzliche Probleme, die zur Neuplanung von Anlagen führen mögen, ergeben sich laut Schweiger jedoch allenfalls bei strukturellen Abweichungen, etwa, wenn sich die Einsatzbedingungen wesentlich verändern.

Foto: Viktoria Kühne/Fraunhofer IFF

Hilfe bei der Konfiguration: Die Digitalisierung und Technologien wie Augmented Reality unterstützen das Personal.

Sein Unternehmen hat zusammen mit Lanxess eine modulare Anlage zum Recycling von Resten bei der Gerbung von Leder entwickelt, die in einen 20-Fuß-Container passt und neben den beiden Reaktionsbehältern sechs verschiedene Verarbeitungsstufen umfasst. Das reicht vom Filtern über das Abfüllen bis zum Mischen und Dosieren. Das Modul ist einfach zu transportieren und lässt sich an vorhandene Gerbereien einfach andocken.

Nico Zobel vom IFF sieht die modulare Anlagenwelt trotz der ersten Praxisbeispiele noch in den Anfängen, nicht zuletzt deshalb, weil die Standards noch nicht verfügbar sind. Zudem gebe es noch viele Herausforderungen bei der Datenkompatibilität zwischen den Modulen und den Fabriksystemen.

„Es wird aber so sein, dass aus dem aufwendigen Engineering beim Zusammenführen von Komponenten immer mehr eine reine Konfiguration wird“, sagt der Wissenschaftler.

Die Fraunhofer-Gesellschaft mache sich stark für den Bau eines großen Demozentrums, das beispielsweise in Leuna stehen und dort mit 20 oder besser 30 unterschiedlichen Modulen von verschiedenen Herstellern nachweisen könnte, dass der neue Ansatz praktische Vorteile bietet. Das Demozentrum könnte damit „ein Schaufenster deutscher Industriekompetenz“ werden.

„Über kurz oder lang werden aus den heutigen Herstellern von Apparaten Produzenten von gekapselten Modulen mit einer eigenen Steuerung, die der Anlagenbetreiber auch nicht mehr unbedingt kaufen muss“, prognostiziert Zobel. Die Module seien Wegbereiter für neue Geschäftsmodelle wie die individuelle Bezahlung nach Gebrauch. Für den Wettbewerb entscheidend werde dann, mit welchen Betriebskosten die Hersteller der Module auf den Markt gehen.