Frage: Welche Branchen sind Vorreiter in der Industrie 4.0-Anwendung? In welchen Branchen verläuft die Umsetzung noch schleppend?

Im Moment unterscheiden sich die industriellen Branchen in ihren Digitalisierungsbemühungen weniger hinsichtlich Bereitschaft und Fortschritt, sondern eher in der Tiefe der Implementierung. Wie weit reichen die Realisierungen hinunter in den „Shop-Floor“? Hier gibt es enorme Unterschiede: Im Bereich der Intralogistik sind z.B. moderne vollautomatisierte Distributionszentren vollständig vernetzt und auch die Warenströme – z. B. durch RFID-Technologien – digital erfasst. In den Prozessindustrien reichen die meisten Ansätze aufgrund der deutlich höheren Schutz- und Sicherheitsanforderungen noch nicht bis in den Shop-Floor hinunter.

Frage: Die Digitalisierung in der Prozessindustrie ist noch nicht praxisreif. Was ist das Besondere an der Chemiebranche? Und was bedeutet das für die Anwendung von cyber-physischen Systemen?

Am Beispiel Explosionsschutz wird das sehr anschaulich. Anlagen in den Prozessindustrien werden für einen Nutzungszeitraum von 20 bis 30 Jahren ausgelegt. In dieser Zeit müssen höchste Anforderungen an die Sicherheit und Verfügbarkeit wie z. B. den Explosionsschutz gestellt werden, Fehlfunktionen haben häufig katastrophale Folgen.

Produkte, Systeme und Technologien – auch Software – aus anderen Bereichen, z.B. dem „Office-Floor“, erfüllen diese Bedingungen nicht. Am Beispiel Kommunikation wird das deutlich. Zurzeit gibt es noch keine physikalische Ethernet-Schicht, die eine eigensichere Energie- und Datenversorgung der angeschlossenen Geräte und Maschinen gewährleisten kann. Erst jüngst hat sich eine Herstellergruppe mit dem Ziel der Entwicklung eines „physical layers für Ethernet im explosionsgefährdeten Bereich“ konstituiert.

Frage: Welche Lösungen kann das Exponat auf dem Digital-Gipfel in diesem Bereich anbieten?

Das Gemeinschaftsexponat der Firmen BASF, SAP, SAMSON, Endress+Hauser, Pepperl+Fuchs und Neoception sowie der Universität Mannheim zeigt, wie man die heute bereits vorhandenen, aber bisher nicht zugänglichen digitalen Daten der Prozessautomatisierung für unterschiedliche, z. B. cloud-basierte Geschäftsmodelle nutzbar machen kann. Das Exponat zeigt auf Basis eines praxisnahen Ausschnitts aus einer Anlage für die Herstellung von Butadien, eines wichtigen Zwischenprodukts in der chemischen Industrie, wie einzelne Stellventile und Durchflussmessgeräte aus der Ferne überwacht werden können. Ein WirelessHART-Adapter in jedem Feldgerät kommuniziert über ein sich selbst organisierendes Mesh-Network mit einem Gateway, das über das MQTT-Protokoll und eine unterlegte TLS-Security-Schicht direkt mit der SAP Cloud Plattform kommuniziert.

Neoception hatte in diesem Fall die Aufgabe, das Netzwerk aus vorhandenen Hardware-Komponenten aufzubauen sowie die Brücke zwischen den Feldgeräten und der IT-Welt durch geeignete Software zu schließen. Dabei werden die Implementierungen erstmalig an Konzepte und Architekturen aus der Plattform Industrie 4.0 (RAMI 4.0, Verwaltungsschale, Security, …) angelehnt. Hilfreich war bei der gemeinsamen Entwicklung die räumliche Nähe der Partner in der Metropolregion.

Mit der dargestellten Lösung können jetzt cloud-basierte Geschäftsmodelle aufgesetzt werden. Konkret kann die Instandhaltung nun beurteilen, ob durch außergewöhnlichen Verschleiß eine vorbeugende Wartung nötig ist oder sogar baldiger Ausfall eines Stellventils oder eines Durchflussmessgerätes droht - ein Service, der unter dem Begriff Predictive Maintenance oder Modular Manufacturing bekannt ist.