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„Smart Production“, Industrie 4.0 oder „Future Production“ – die Transformation hin zu mehr Digitalisierung und Flexibilität ist in vollem Gange. Wie lässt sich das in bestehenden Anlagen umsetzen, und welche Möglichkeiten haben KMU, dabei mitzuhalten?

Ulrich König, Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer FIT, betreut gemeinsam mit Prof. Dr. Maximilian Röglinger, Prof. Dr. Nils Urbach, Universität Bayreuth, und Kollegen von der Projektgruppe Regenerative Produktion des Fraunhofer IPA das Forschungsprojekt SmarDe’s@Work .

Was sind die offensichtlichsten Unterschiede zwischen dem, was man sich als „Produktion der Zukunft“ vorstellt und dem, was wir heute schon sehen?

Die Schnelllebigkeit hat in der letzten Zeit extrem zugenommen und der Kundenfokus ist stärker geworden. Automobilzulieferer bekommen wenige Stunden vorab ihre Auftragsplanung und brauchen daher effizientere und flexiblere Prozesse in ihrer Produktion. Darauf fokussieren wir uns im Projekt: Wir möchten die Kommunikation verbessern und wir möchten sicherstellen, dass die Unternehmen für diese Schnelllebigkeit gewappnet sind.

Ein zweiter Aspekt ist die Aus- und Weiterbildung: Gerade in ländlichen Regionen ist es schwer, Personal zu finden. Teilweise gibt es Sprachbarrieren, wenn ausländisches Personal angeworben wird, und es gibt häufige Personalwechsel, so dass immer wieder neue Mitarbeiter angelernt werden müssen. Bei vielen unserer Anwendungsfälle spielen die Aus- und Weiterbildung sowie die Wissensweitergabe deshalb eine wesentliche Rolle. Dafür werden Dokumentationen erstellt, die teils stark grafiklastig sind, und Texte entsprechend gestaltet. Schulungsunterlagen können auch in Form von Videos angeboten werden. Eine weitere Herausforderung ist die Heterogenität der Anlagen mit unterschiedlichsten Digitalisierungsstufen. In der Vergangenheit hat das keine so große Rolle gespielt, weil die Produktionsaufträge und ähnliche Dokumente ohnehin noch als Papier hereinkamen und verarbeitet wurden. Jetzt muss eine durchgängige digitale Kommunikation sichergestellt sein, so dass Maschinen auch automatisch angesteuert werden können.

Was tun Sie in Ihrem Projekt, um den Weg der Unternehmen in die digitale Zukunft zu ebnen?

Ziel unseres Projektes ist, die Kommunikation zwischen Maschinen, Anwendungssystemen und Mitarbeitern über Smart Devices sicherzustellen und damit Produktionsprozesse zu verbessern. Wir entwickeln dafür einen Demonstrator für eine generalisierbare Middleware mit angebundener Client-Applikation, die aus jeder Produktionsanlage und jedem Anwendungssystem Daten erhalten und sie weitergeben kann. Die Fachlogik liegt dabei nicht in der Middleware selbst. Sie enthält nur einfache Operatoren und Gruppendefinitionen, um festzulegen, welches System welche Informationen bekommt. Sie ist mit Excel und XML konfigurierbar und dementsprechend einfach zu warten. Dabei ist die Lösung nicht an eine bestimmte Branche gebunden, sondern übergreifend einsetzbar. Derzeit haben wir im Konsortium Unternehmen aus der Metallverarbeitung, der Stanztechnik und aus dem Kunststoffspritzguss.

Ziel des Forschungsprojekts SmartDe’s@Work ist es, Smart Devices im Produktionsumfeld nutzbringend einzusetzen. Im Vordergrund steht die Vernetzung von Produktionsteilnehmern wie Mensch, Maschine und produktionsnaher IT-Systeme. Die optimale Kombination aus Software- und Hardware-Komponenten soll Produktionsprozesse durch eine interaktive und intuitive Informationsverarbeitung bei der Arbeitsvorbereitung (z. B. Arbeits- und Maschinenpläne, Rüstung von Anlagen) und der Produktion (z. B. Arbeitsanweisungen, Störungen, Echtzeit-Rückmeldung) unterstützen und dadurch Effizienz- und Optimierungspotenziale heben. Das Projekt wird von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert und läuft von Januar 2017 bis Februar 2019. Meht unter http://www.smart-devices.fim-rc.de

Wie sieht der Einsatz in der Praxis aus?

In unserem Projekt konzentrieren wir uns vor allem auf die Middleware und die Client-Applikation. Solange uns eine Anlage auf welche Weise auch immer Daten liefert – das kann sogar das rote Warnlämpchen sein, das sonst dem Mitarbeiter Handlungsbedarf signalisiert –  kann man die Middleware relativ einfach integrieren und die Daten über eine allgemeingültige Schnittstelle erfassen. In der Middleware werden sie weiterverarbeitet und über die Client-Applikation an ein Smart Device oder ein Anwendungssystem (z.B. ein ERP- oder BDE-System) übergeben. Wichtig ist für uns dabei, dass wir uns nicht auf eine Maschine oder einen Ausrüstungsgegenstand spezialisieren, sondern eine allgemeine und möglichst breit einsetzbare Lösung schaffen.

Wie weit ist die Industrie Ihrer Einschätzung nach auf dem Weg zu „4.0“? Ist das bei Großunternehmen nicht längst Alltag?

Große Unternehmen sind schon relativ weit, allerdings auch nicht flächendeckend. Es gibt sicher Werke, die man heute schon als „Industrie 4.0“ bezeichnen kann, aber das ist nur ein kleiner Ausschnitt. Und es gibt nach wie vor viele Insellösungen, etwa mit RFID, die nicht generalisierbar sind, schon gar nicht über Unternehmensgrenzen hinweg. Oft basiert die Industrie-4.0-Kommunikation auf einem homogenen Maschinenpark – die Geräte eines Herstellers können miteinander kommunizieren, aber nicht mit Maschinen anderer Hersteller. Solche Lücken überwinden wir mit unserer Middleware.

Mehr über das Projekt SmartDe’s@Work und viele andere Ansätze zur Digitalisierung und Flexibilisierung erfahren Sie beim PRAXISforum Future Production – werfen Sie einen Blick ins Programm!

Und wo bleiben die KMUs, die keine riesigen Transformationsprogramme stemmen können?

Unser Ansatz eignet sich insbesondere für KMUs. Unser Projekt ist bewusst in einer KMU-geprägten Region angesiedelt. Wir nutzen gängige Geräte, die auf dem Markt einfach erhältlich sind, und erstellen den Middleware-Demonstrator. Die Middleware lässt sich überall einfach integrieren und soll im Laufe des Jahres auch als Open-Source-Lösung angeboten werden. Die meisten Anwendungspartner mussten nur einen zusätzlichen Standard-PC beschaffen und die Anbindung der Maschinen an die Middleware sicherstellen. Die Kosten dafür sind überschaubar und auf jeden Fall günstiger, als im großen Umfang den Maschinenpark zu erneuern. Die meisten ERP-Systeme bieten auch schon Schnittstellen und lassen sich innerhalb weniger Wochen anbinden. Alles ist robust ausgelegt, damit es den Produktionsalltag überlebt, und die Geräte sind leicht zu ersetzen. Wenn etwas zu Schaden kommt, soll alles schnell wieder einsetzbar sein – man nimmt ein Standardgerät, installiert die Client-Applikation, und innerhalb einer Stunde läuft alles wieder.

Am Ende bleibt natürlich immer die Kosten-Nutzen-Frage. Unser Konzept ist aber so gestaltet, dass die Transformation prinzipiell möglich ist. Es gibt andere Ansätze, bei denen zum Beispiel Sensorboxen an Maschinen angeschlossen werden, um Daten zu erfassen und weiterzugeben. Das könnten wir theoretisch auch, die Frage ist nur, welche Daten man dann bekommt. Wir konzentrieren uns vor allem auf transaktionale Kommunikationsdaten: Fällt eine Maschine zum Beispiel in einen Stillstandsmodus, sollen andere Maschinen und Mitarbeiter darüber schnell informiert werden. Die Nutzung von Produktionsdaten für analytische Zwecke haben wir uns für kommende Forschungsprojekte vorgenommen.

Für Rückfragen zum Forschungsprojekt stehen Ihnen Ulrich König (ulrich.matthias.koenig@fit.fraunhofer.de) sowie Prof. Dr. Röglinger (maximilian.roeglinger@fit.fraunhofer.de) Prof. Dr. Urbach (nils.urbach@fit.fraunhofer.de) und Joachim Kleylein-Feuerstein (joachim.kleylein-feuerstein@ipa.fraunhofer.de) gerne zur Verfügung.

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Ideen für die „digitale Chemieindustrie“ werden nun schon seit einigen Jahren diskutiert. Während die Hersteller von Feinchemikalien und Pharmazeutika das Konzept höherer Flexibilität und kleinerer Losgrößen zunehmend aufgreifen, hat die „traditionelle“ chemische Grundstoffindustrie immer noch Schwierigkeiten damit, die neue Philosophie mit einem Geschäft in Einklang zu bringen, das über Jahrzehnte vor allem auf Effizienz und weniger auf Flexibilität getrimmt wurde. Ein Argument, das man gar nicht so selten hört: Wir produzieren Grundstoffe in großen Mengen, die sich kaum individualisieren lassen – „Losgröße 1“ ist etwas für Unternehmen, die näher am Kunden sind.

Michael Dejmek von hte, Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für katalytische Prozesse, lässt das nicht gelten: „Nur weil die Industrie im Tonnenmaßstab pro Kampagne denkt, heißt das nicht, dass kleinere Losgrößen nicht gebraucht würden – bisher sind sie nur nicht möglich.“ Er sieht eine ganze Reihe von Vorteilen, die mit der Umsetzung von „Industrie 4.0“ in der chemischen Industrie realisiert werden könnten: Höhere Flexibilität, kleinere Losgrößen zu wettbewerbsfähigen Kosten, kleinere Produktionsanlagen, eine weit größere Produktvielfalt. „Im Moment dauert das Umrüsten viel zu lang. Wir sind zur Reaktion verdammt – wenn etwas anderes produziert werden soll, müssen viele Parameter angepasst werden, und wir starten bei Null. Industrie 4.0 bedeutet Aktion: Wenn man seinen Prozess gut genug kennt, kann die erste oder zweite Produktcharge schon marktfähig sein.“

 

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Was bedeutet „Future Production“ für Ihr Unternehmen? Diskutieren Sie mit anderen Experten beim PRAXISforum – hier finden Sie das Programm.

Das bedeutet nicht nur Zeitersparnis, sondern eine viel geringere Ausschussrate. Auch sein eigenes Unternehmen spürt den Druck sich verändernder Marktanforderungen: Zogen sich Projekte früher über Monate oder sogar Jahre hin, verlangen die Kunden heute alle paar Wochen Anpassungen. „Deshalb sind die Umrüstzeiten so wichtig geworden“, sagt Dejmek. Sein Rat: Wer so viele Daten wie irgend möglich nutzt, kann seine Prozesse besser verstehen, daraus extrapolieren und so beim Aufsetzen eines neuen Prozesses im ersten Schritt dem Optimum deutlich näher kommen. Wer darüber hinaus technische Lösungen einsetzt, um händische Arbeit zu vermeiden und Wochenenden und Nächte außerhalb der Schichtzeiten zu nutzen, kann seine Umrüstzeiten erheblich verringern.

Eine der Voraussetzungen, um verfügbare Daten zu nutzen, ist die entsprechende IT. Mark Talford von Britest Ltd. weist darauf hin, dass diese nun endlich Schritt hält mit Ideen, die schon seit 10 oder 15 Jahren im Umlauf sind: „Wir sind heute tatsächlich in der Lage, das Prozesswissen mit Wissen zur Modellierung von modularen Anlagen zu verknüpfen und so schnell und kostengünstig zu besseren Entscheidungen zu kommen.“ Besonders Hersteller von Pharmazeutika und Feinchemikalien prüfen nun, wie Konzepte der „Future Production“ für die Formulierung und die modulare Produktion einsetzbar sind, und sie denken auch darüber nach, inwieweit sie sich in die Herstellung von Wirkstoffen im Pilotmaßstab übertragen lassen. Große Firmen wie BASF bereiten sich derweil darauf vor, neue Geschäftsmodelle umzusetzen. Dabei erweitern sie ihr Angebot entlang der Wertschöpfungskette hin zu integrierten Lösungen, etwa beim 3D-Druck oder bei der Nutzung von Echtzeitdaten in Lackierstraßen, um Lackfarben zu optimieren. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, auch unkonventionelle Ideen zu entwickeln – oder, wie Michael Dejmek sagt: „Henry Ford soll gesagt haben „hätte ich die Leute gefragt, was sie wollen, hätten sie gesagt: schnellere Pferde“. Wenn man nicht weiß, was überhaupt möglich ist, kann man es auch nicht nachfragen.“ Herauszfinden, was möglich ist, ist also die nächste große Aufgabe für Technologieanbieter und Chemieproduzenten.

 

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„Giftige Rußwolken über Lippstadt“ – „Brand bei Chemieunternehmen in Lingen“ – Große Brandereignisse sind in Industrieanlagen glücklicherweise eher selten. Doch wenn sie eintreten, können die Auswirkungen immens sein.

fire-165575_1920.jpg„Ein Blick auf die Liste der meldepflichtigen Ereignisse der letzten Jahre in Deutschland lässt sehr schnell deutlich werden, dass nach der Stofffreisetzung Feuer die häufigste Schadensursache ist. Legt man jedoch das finanzielle Schadensausmaß als Orientierungskriterium fest, stehen Brandereignisse in den letzten beiden Jahrzehnten unumstritten an erster Stelle als Ursachen für Großschäden. Dies ist auch dadurch begründet, dass als Konsequenz des Anlagenschadens oft auch ein Produktionsausfall und dadurch unter Umständen sogar ein Verlust von Kunden und Marktanteilen zu berücksichtigen sind“, sagt Guido Wehmeier, Leiter EHS & Werkinfrastruktur, BASF Lampertheim GmbH. Und auch in der öffentlichen Wahrnehmung spielen Brandereignisse eine große Rolle. Der Vertrauensschaden kann dabei immens sein und Standorte nachhaltig gefährden. Abschotten ist keine Lösung, darauf weist Ralf Schröder vom Regierungspräsidium Darmstadt, hin:“Der Brandschutz in Betriebsbereichen (früher Störfallanlagen) ist ein sehr wichtiges Thema! Durch die immer näher heranrückende Wohnbebauung in Ballungsräumen entsteht zunehmend Handlungsbedarf bei den Unternehmen; hierbei spielt auch die Informationsweitergabe an die Öffentlichkeit bzw. Nachbarschaft eine große Rolle.“

Vorbeugender Brandschutz

Um so wichtiger also, dass es zu solchen Ereignissen gar nicht erst kommt. Das fängt bei baulichen Voraussetzungen und der Gestaltung von Anlagen an. Experten wie Ulrich Krause, Lehrstuhlinhaber am Institut für Apparate- und Umwelttechnik, Otto-von-Guericke Universität Madgeburg, raten dazu, hier auf Expertise und Zielorientierung zu setzen: „Ingenieurwissenschaftliches Denken und schutzziel-orientierte Lösungen müssen im Brandschutz gegenüber der verbreiteten Vorschriftengläubigkeit mehr Raum gewinnen.“ Ulrich Seifert, Leiter Arbeitssicherheit und Umweltschutz bei Fraunhofer UMSICHT, ergänzt: „Auch ein großer Brand hat mal klein angefangen: Brände benötigen Gelegenheiten zur Entstehung und zur Ausbreitung. Diese Gelegenheiten wirksam zu minimieren, setzt ein Verständnis ihrer Voraussetzungen und Abläufe voraus.“ Dazu gehört beispielsweise, auch nicht-meldepflichtige Ereignisse zu erfassen,  zu analysieren und – ganz wichtig! – die Schlussfolgerungen zu kommunizieren. Für die Modellierung von Brandszenarien gibt es eine ganze Reihe von Modellen. Die Auseinandersetzung mit HEARTS als Ausbreitungsmodellierung, die Berechnung von Quelltermen oder das Verständnis von Phänomenen der Brandentstehung helfen dabei, Anlagen von vornherein nach Anforderungen des Brandschutzes auszulegen.

Hilfestellung beim Brandschutz bieten aber nicht nur Industriexperten und Behörden. Auch die Versicherungswirtschaft, die mit den Folgen von Brandereignissen und den oft hohen Schadenssummen umgehen muss, leistet einen Beitrag, wie Robert Schmid, Munich RE, erläutert: „Die Akzeptanz der Bevölkerung gegenüber Umweltbelastungen, Unfällen oder Störfällen sinkt dramatisch, nicht zuletzt aufgestachelt durch sog. Soziale Medien. Zeitgleich reduziert sich die brandschutz-technische fachliche Unterstützung von Unternehmen durch öffentliche Einrichtungen und Behörden. In dieser Situation steigender Anforderungen bei sinkender Unterstützung entwickelte Versicherungswirtschaft gemeinsam mit Vertretern des BDI eine Richtlinie, VDS 3824, geprägt von der Schadenerfahrung und den „Lessons learnt“, eine Unterstützung zur Bewertung und Planung von Brandschutzvorkehrungen, aus der täglichen Praxis heraus.“

Technische Vorkehrungen allein reichen aber nicht aus. Kommunikation und die Ausbildung der Mitarbeiter sind ein weiterer wesentlicher Faktor für erfolgreichen Brandschutz,  sagt Bernd Sassmannshausen, Head of Fire Protection and Site Security bei Merck KGaA: „Das Thema Sicherheit und damit auch der Brandschutz sind in der chemischen Industrie auf einem hohen Niveau. Dies resultiert aus Notwendigkeiten wegen der Lage in einem dicht besiedelten Gebiet in Mitteleuropa, aber insbesondere aus dem Selbstverständnis und der Selbstverpflichtung der chemischen Industrie. Die aktuellen Herausforderungen für den vorbeugenden und abwehrenden Brandschutz liegen aus meiner Sicht in der Digitalisierung / Industrie 4.0 (Informationsgewinnung für den Einsatzfall) und der demografischen Entwicklung (ausreichend geeignete neue Mitarbeiter).“

Ist ein Brand entstanden, muss es trotzdem nicht zur Katastrophe kommen. Eine Vielzahl an Brandbekämpfungsmaßnahmen steht zur Verfügung. Doch auch hier liegt der Teufel im Detail – und die Chance in einer vorausschauenden Planung. Welches Löschmittel soll zum Einsatz kommen und wie erfolgt die Abwägung zwischen Löschwirkung und gesetzlichen Regularien z.B. im Chemikalienrecht? Thomas Leonhardt, Leiter Produktmanagement, Fabrik chemischer Präparate von Dr. Richard Sthamer GmbH & CO. KG , warnt vor übereilten Entscheidungen:“Brandschutz gefährdet durch Regulierung ohne Gesetz? Schaumlöschmittel haben sich als die am universellsten einsetzbaren Löschmittel erwiesen, die derzeit bekannt sind. Aktuelle legislative Initiativen zur Regulierung einzelner Inhaltsstoffe führen zu erheblichen Verunsicherungen auf Seiten der Anwender. In vorauseilendem Gehorsam und aus Gründen der mutmaßlicher Planungssicherheit schaffen diese Fakten, noch bevor ein Gesetz tatsächlich existiert.“ Und auch der richtige Einsatz von Löschanlagen will schon vor einem eventuellen Ereignis durchdacht und geübt sein, denn, so Detlef Roederer, Leiter Fachausschuss Technischer Brandschutz bei der Lonza AG in Visp / Schweiz „Löschanlagen sind eine prima Einrichtung – aber im Alltag zeigen sich diverse Probleme.“

Am Ende müssen alle beim Brandschutz Hand in Hand arbeiten – das sagt Jochen Schäfer, Leiter HSE Wirkstoffe, Sanofi-Aventis Deutschland GmbH „Die Zukunft liegt in der Vernetzung von Brandschutz, Explosionsschutz und Anlagensicherheit in der Prozessindustrie; wir müssen die Silos – so denn noch vorhanden – hier weiter aufbrechen.“

Eine Möglichkeit dazu bietet das DECHEMA-PRAXISforum „Brandschutz in der chemischen Industrie“ am 29. und 30. August 2018 in Frankfurt. Treffen Sie diese und weitere Experten, diskutieren Sie über aktuelle Entwicklungen und tauschen Sie Erfahrungen aus. Melden Sie sich jetzt an!

www.dechema.de/Brandschutz

 

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Die Pinnwand voller Polaroid-Portraits war eine der wichtigsten Anlaufstellen für die Teilnehmer des ersten DECHEMA-PRAXISforums. Denn hier ging es vor allem darum, Kontakte zu knüpfen und Gespräche zu führen und die Bilder waren eine wertvolle Hilfe dabei, aus der Menge die richtigen Ansprechpartner zu identifizieren. Mit mehr als 140 Teilnehmern von über 90 Firmen aus 15 Nationen war das DECHEMA-PRAXISforum „Enzymes for Industrial Applications“ ein gelungener Auftakt für das neue Veranstaltungsformat. Aus zwei Tagen mit Vorträgen, einer Ausstellung, vor allem aber vielen, vielen Diskussionen konnte jeder neue Ideen, neue Kontakte und wertvolle Erkenntnisse für seine Anwendung mitnehmen. Hochkarätige Redner aus Industrie und Mittelstand präsentierten in Best-Practice- und Übersichtsvorträgen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und Wachstumspotenziale für Enzyme in unterschiedlichsten Branchen. Die Resonanz war außerordentlich positiv – eine Folgeveranstaltung ist für Anfang 2017 vorgesehen.

Das neue Veranstaltungsformat, das sich in erster Linie an Anbieter und Anwender aus Industrie und Mittelstand wendet, hat damit einen furiosen Einstand gefeiert. Und das nächste PRAXISforum ist bereits in Planung: Um „Additive Fertigung/3D-Druck im Apparate- und Anlagenbau“ geht es am 29. und 30. September 2015 in Frankfurt.

Zum Terminkalender der DECHEMA-PRAXISforen

Mehr Bilder auf der DECHEMA-Homepage

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