1 Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik Die Welle der Digitalisierung

Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik
Die Welle der Digitalisierung erfasst die Unternehmen und wälzt sie
um. Aber sie ist erst der Anfang – ihr volles Potenzial entfaltet sie bei
der Industrie 4.0, der nächsten, vierten industriellen Revolution. Die
Folge: Armaturen werden zunehmend mit digitaler Aktorik versehen,
die den Anwendern Umsatzsteigerungen, Effizienzverbesserungen und
Kosteneinsparungen ermöglichen. Der Druck auf Armaturen-, Antriebsund Automationshersteller wächst, Teil der Vision einer intelligenten
Fabrik zu werden.
Mechanik und Elektrik allein werden Unternehmen auf Dauer nicht genügen,
um wettbewerbsfähig zu bleiben. Erst das intensive Sammeln und
Auswerten von Daten mittels datengetriebenen Services, IT-Lösungen und
Software ermöglicht die weitere Optimierung der Produktivität. Wer der
Industrie also Komponenten mit digitalem Zusatz bietet, erhöht die eigene
Wettbewerbsfähigkeit.
Effizienzverbesserung und Kostenersparnis
Glänzende
Perspektiven
soll
die
Digitalisierung
bieten:
Ein
durchschnittliches jährliches Umsatzwachstum von 2,5 Prozent erhoffen sich
laut einer gemeinsamen Studie von „PricewaterCoopers“ und „Strategy&“
die deutschen Unternehmen von der Digitalisierung und Vernetzung ihres
Produkt- und Serviceportfolios. Außerdem glauben die 235 befragten
Industrieunternehmen an eine Effizienzverbesserung von durchschnittlich
jährlich 3,3 Prozent und an eine Kostenersparnis von 2,6 Prozent. Bis 2020
wird laut Studie erwartet, dass über 80 Prozent der Wertschöpfungskette
einen hohen Digitalisierungsgrad aufweist.
Auch
Siemens
betrachtet
die
Digitalisierung
als
entscheidenden
Wachstumshebel in der Industrie. Sie verheiße, so der Technologiekonzern,
mehr
Produktivität,
Wertschöpfungskette
Effizienz
eines
und
Flexibilität.
Unternehmens
müsse
Die
gesamte
vollständig
digital
abgebildet werden. Siemens erklärte daher die Digitalisierung zu einem
seiner
Hauptthemen
für
die
Zukunft.
Armaturen-,
Antriebs-
und
Automationshersteller rücken ebenfalls das Sammeln und Auswerten von
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Daten für ihre Produkte in den Vordergrund. Die Digitalisierung bedeutet hier
Fernsteuerung, automatisierte Prozessabläufe und Diagnosemöglichkeiten.
Intelligente und digitale Aktorik
Für das digitale Know-how sorgt die intelligente und digitale Aktorik auf der
mechanischen Armatur. „Dabei spielen die elektrische Steuerung sowie
integrierte Sensorik die Hauptrolle“, erläutert Marcus Geigle, Senior
Executive Strategic Business Unit Compression Technology bei Hoerbiger
Ventilwerke. Während des Betriebs werden unter anderem neben Position
und Drehmoment am Antrieb auch Umgebungswerte wie Temperatur,
Luftfeuchtigkeit oder Luftdruck gemessen. „Damit können sogenannte
Wertelandschaften gebildet werden. Auf Basis dieser Werte lassen sich
einzelne Armaturen oder ein Armaturenverbund zielgerichtet steuern, warten
oder korrigieren – vor Ort oder über einen fernen Zugriff.“
Verarbeitet würden die Daten laut Hoerbiger entweder in der Serviceleitstelle
oder dem Betriebszentrum innerhalb oder außerhalb
Beispiel
der
direkten
Datenverarbeitung
an
der
der Anlage. Ein
Armatur
sei
die
sicherheitsrelevante Funktion des Smart Partial Stroke Test, den das
Unternehmen im Produkt „Trivax“ realisiert habe. „Hier wird neben der
mechanischen
Beweglichkeit
beispielsweise
auch
das
Drehmoment
gemessen, um Rückschlüsse auf die Gängigkeit der Armatur zu ziehen.
Eine klassische Anwendung für einen automatisierten und digitalisierten
Armaturenantrieb“, so Geigle.
Austausch von Informationen
Vorbei sind also die Zeiten, in denen etwa die Stellung von pneumatischen
Hubventilen allein direkt an der angebrachten Hubanzeige abgelesen
werden konnte. „Heute macht die Digitalisierung über den elektronischen
Stellungsregler die Armatur transparent, indem Daten kontinuierlich
gesammelt und durch intelligente Bewertung nutzbar gemacht werden“,
betont auch Peter Arzbach, Leiter der Abteilung „Stellungsregler und
Stellventilzubehör“ des Produktmanagements und -marketings der Samson
AG. Hieraus ergäben sich Möglichkeiten der Datenauswertung, die einen
analytischen Blick auf die Armatur erlaubten. „In Zukunft werden die Daten
mehr und mehr mit denen aus dem Umfeld zusammengefasst. So können
immer weitgehendere Aussagen getroffen werden, die über die reine
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Beurteilung des Istzustands einer Armatur hinausgehen, was letztlich zu
einer Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit genutzt werden kann.“
Die Erwartungen an Armaturen sind bei den Anwendern bereits hoch.
„Einerseits müssen Armaturen Informationen an das Gesamtsystem
weitergeben“, erläutert Arzbach. Andererseits müssten sie in der Lage sein,
Informationen aus dem System zu empfangen sowie selbst Informationen zu
sammeln, „um letztendlich einen Mehrwert hervorzubringen.“
Digitalisierung bei Regelarmaturen
Die Digitalisierung im Bereich pneumatischer Armaturen schreitet bereits mit
Sieben-Meilen-Stiefeln voran und bereitet so den Boden für die Industrie 4.0.
Allerdings gibt es auch noch Potenzial: „Im Fall der Auf/Zu-Armaturen wird
es
noch
dauern
bis
der
heutige
hohe
Digitalisierungsstand
von
Regelarmaturen erreicht ist“, glaubt Arzbach von Samson. Sie würden noch
immer
überwiegend
klassisch
mit
Magnetventilen
und/oder
Grenzsignalgebern ausgerüstet.
Unterm Strich ist die Perspektive für Hersteller von Armaturen mit digitaler
Komponente sehr günstig. „Für unsere Angebote erhoffen wir uns durch die
fortschreitende Digitalisierung eine deutliche Belebung der Nachfrage nach
effizienten elektrohydraulischen Armaturenstellantrieben“, erklärt Geigle von
Hoerbiger. „Wer heute Prozessanlagen, Kraftwerke oder Pipelines mit
fortschrittlicher
Armaturenautomation
ausrüsten
möchte,
wird
sicher
vermehrt auf digitalisierte Stellantriebe gehen.“
Grenzen für die digitale Entwicklung scheint es kaum zu geben. Kompakte
elektrohydraulische Antriebe mit dem Maximum an Digitalisierung und einem
extrem breiten Einsatzspektrum erlauben es, die Digitalisierung bei fast allen
Anwendungen
umzusetzen.
„Die
einzige
Voraussetzung
ist
eine
Stromquelle“, erläutert Geigle. „Diese lässt sich aber zuverlässig über
Solarpanels und Batteriekästen auch im tiefsten Niemandsland wie Sandoder Eiswüsten und Steppen realisieren. Somit gibt es kaum eine
Beschränkung
für
den
Einsatz
von
Armaturenautomation.“
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Antrieben
zur
digitalisierten
Kaum Grenzen für die Digitalisierung
Technisch gesehen gibt es vermutlich künftig keine Herausforderungen, die
nicht mit entsprechendem Aufwand gelöst werden könnten. „Die eigentliche
Grenze liegt in der Akzeptanz der Unternehmen“, betont Arzbach von
Samson. Welche Daten möchte man transparent machen? Sind die Daten
ausreichend geschützt? Die Unternehmen müssen diese Fragen für sich
beantworten, „möchte man die Digitalisierung bis zur letzten Konsequenz
nutzen.“
Der Nutzen – und damit die Perspektive – der Digitalisierung ist groß. Sie
„erlaubt eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung von Armaturen“, erklärt
Arzbach. Direkt erfassbare Größen wie Sollwert, Istwert, Regeldifferenz und
Antriebsdruck werden kontinuierlich aufgenommen und in Zukunft noch um
weitere Daten – wie zum Beispiel Durchfluss – ergänzt. Der Stellungsregler
weist den Anwender frühzeitig auf eventuelle Fehlzustände am Ventil hin.
Meldungen wie „Innere Leckage“ oder „Defekt der Antriebsfedern“ erfordern
keine weitere Interpretation der Daten durch den Anwender.
Die Digitalisierung ermöglicht zusammen mit der im Stellungsregler
integrierten Ventildiagnose eine Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit, da
eventuelle Fehlzustände frühzeitig erkannt und behoben werden können.
Arzbach: „Ziel ist es zukünftig, Fehlzustände sogar gänzlich zu vermeiden,
was durch Ansätze wie vorausschauendes Fahren der Anlage, aber auch
proaktives
Wartungsmanagement
zu
realisieren
ist.
Hierzu
sind
entsprechende Informationen und Bewertungen der Armatur als Aktor in der
Anlage
nicht
nur
unabdingbar,
sondern
auch
ein
wesentlicher
Wettbewerbsvorteil.“
Die intelligente Fabrik
Die Digitalisierung ermöglicht eine schnelle, zielgerichtete und offene
Kommunikation mit der automatisierten Armatur und öffnet diesen
Knotenpunkt im Rohrleitungsnetz für die Industrie 4.0, also für die
intelligente Fabrik. Geigle: „Die Digitalisierung der Armaturenautomation wird
deshalb weiter fortschreiten. Sie ist die Voraussetzung für Industrie 4.0 und
damit für intelligente und vernetzte Systeme, die sich bis zu einem
definierten Punkt selbst steuern und optimieren.“
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Reale und virtuelle Welt wachsen zusammen – oder anders ausgedrückt:
Informations-
und
Kommunikationstechnologien
verschmelzen
mit
industriellen Prozessen. Für Siemens Grund genug, sich intensiv der
Industrie 4.0 zu widmen. Eine Entwicklung, die dazu führe, dass sich die
Digitalisierung zum entscheidenden Wachstumstreiber in nahezu allen
Branchen der Industrie entwickele. „Die digitale Fabrik ist keine Vision
mehr“, ist sich Anton S. Huber, CEO der Division Digital Factory bei
Siemens, sicher.
Trend zum individualisierten Produkt
Mit der Industrie 4.0 kann dem Trend zum individualisierten Produkt und zu
immer kürzeren Produktlebenszyklen Rechnung getragen werden. „Die
damit verbundenen kleinen Stückzahlen und die hohe Variantenvielfalt
erfordern Technologien, die sich kontinuierlich an veränderte Bedingungen
anpassen“, berichtet Festo. Komponenten in Industrieanlagen müssten
deshalb in Zukunft in der Lage sein, sich untereinander abzustimmen. Die
intelligenten Komponenten organisieren und konfigurieren sich automatisch.
Sie bestimmen selbst, welche Leistungen sie von den Fabrikanlagen
abrufen. Es kommt zu einer selbstständigen Entscheidungsfindung und
Steuerung vor Ort. Aus einer bisher starren zentralen Fabriksteuerung wird
eine dezentrale Steuerung, so Festo. Was eine selbstständige Reaktion der
Komponente auf beispielsweise einen kritischen Zustand ermöglicht.
Zukunft hat längst begonnen
Grundlage für die Industrie 4.0 ist ein Austausch von Daten und
Informationen in Echtzeit: ohne Digitalisierung undenkbar. Die Entwicklung
der Industrie 4.0 und die daraus resultierenden Anwendungen und
Automatisierungen fordern also auf allen Gebieten eine konsequente
Integration in die digitale Welt. Die Zukunft für moderne Armaturen hat
längst begonnen…
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Petra Hartmann-Bresgen, M.A.
Tel.: +49 (0)211 4560-541
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