Digitalisierung und Globalisierung wirbeln die Märkte durcheinander. Die Kunden haben sich daran gewöhnt, dass sie Waren billiger erhalten, dass Produkte auf ihren Bedarf zugeschnitten sind – und sie wollen nicht mehr lange darauf warten. Wer sich als Spitzenreiter nur darauf verlässt, dass sein bisheriges Erfolgsrezept auch künftig funktioniert, wird durch agilere Konkurrenz verdrängt – das hat etwa Nokia erlebt, als es den Umschwung zum Smartphone verpasste.
In der Prozessindustrie geschehen Veränderungen etwas langsamer – doch auch hier steigt der Druck. Die Produktion muss sich laufend an neue Rahmenbedingungen anpassen: Die Märkte werden volatiler, die Nachfrage nach bestimmten Produkten schwankt stärker. Rohstoffe werden teurer oder liegen in unterschiedlichen Qualitäten vor, etwa als Recyclingmaterial. Massenprodukte lassen sich im Ausland oft günstiger herstellen. Neueinführungen müssen schneller marktreif sein. Die pharmazeutische Industrie hat als Vorreiter bereits das Innovationstempo erhöht und fokussiert sich zunehmend auf die kontinuierliche Produktion und hochwertige, immer stärker individualisierte Medikamente.
Mit den hergebrachten Prozessanlagen lässt sich die erforderliche hohe Flexibilität nicht realisieren. Unternehmen und Verbände haben das erkannt: Es wird intensiv darüber diskutiert, wie sich die Wettbewerbsfähigkeit erhalten und steigern lässt.
Den Königsweg soll die Modularisierung der Anlagen eröffnen. Sie soll die Komplexität reduzieren und die Produktion flexibler, kostengünstiger und schneller machen. Die Grundidee: Viele Prozessschritte lassen sich in standardisierten Modulen abwickeln. Koppelt man diese mit spezialisierten Modulen, so lassen sich die gleichen Produkte herstellen wie mit einer maßgeschneiderten Anlage. Zugleich gewinnt man eine Vielzahl an Vorteilen und neuen Möglichkeiten: Das Know-how zu einem Standardmodul und zu seiner Einbindung in die entsprechenden Prozesse ist verfügbar. Das vereinfacht und beschleunigt Planung und Aufbau einer Anlage. Die Time-to-market wird verkürzt. Qualitätsprobleme und Fehlerquellen lassen sich durch standardisierte Informationen und Schnittstellen minimieren, die Anlagenverfügbarkeit steigt. Standardmodule lassen sich in größerer Auflage herstellen – das ist preisgünstiger, erleichtert den Austausch und die Wartung.
Kein leichter Weg vom Ideal zur Praxis
Will man die Produktion ganz oder in Teilen umstellen, kann man Reaktions- und Verarbeitungsmodule neu kombinieren. Das eröffnet die Chance, mit geringeren Investitionskosten und kürzerer Vorlaufzeit eine höhere Produktvielfalt bereitzustellen. Der Weg von der Entwicklung bis zum Output ist deutlich verkürzt; das Ideal: Plug-and-produce. Die Produktion lässt sich auch leicht erweitern – ohne aufwendiges Scale-up etwa durch Numbering-up. So lassen sich zum Beispiel Neuerungen im kleinen Rahmen und zu überschaubaren Kosten testen, bevor man durch Vervielfachen der erprobten Anlage die Mengen hochfährt. Geht die Nachfrage zurück, legt man einzelne Produktionslinien still und nutzt die Module anderweitig. Eine solche Anlage lässt sich auch einfach andernorts parallel aufbauen – sei es, um direkt beim Kunden beziehungsweise an der Rohstoffquelle zu produzieren oder um sich im Ausland neue Marktchancen zu erschließen. Soweit das Ideal.
Die Hindernisse für einen Paradigmenwechsel sind allerdings höher als in der Fertigungsindustrie. Die chemische Industrie hat sich zwar „in den letzten zwölf Monaten spürbar für neue Technologien geöffnet“, so Stephan Sagebiel, Leiter Industriemanagement Prozess- und Verfahrenstechnik bei Phoenix Contact Deutschland. Doch die Erneuerungszyklen in der Prozessindustrie sind sehr lang. Die bestehenden Anlagen waren teuer, sie sind rentabel und laufen stabil und sicher. Wer Pionier ist, geht Risiken ein: Tobias Borgers, Marketingleiter bei L.B. Bohle etwa weist darauf hin, dass vor möglichen Kosteneinsparungen zunächst in die neue Anlage investiert werden muss.
Sind die Kunden bereit, für mehr Flexibilität und Individualität zu bezahlen? Sind Qualität und Sicherheit zu gewährleisten? Gibt es im Unternehmen das nötige Know-how? Vor allem aber: Bekommen wir wirklich alle benötigten Bauteile, lassen sich alle nahtlos in ein Prozessleitsystem einbinden? Und: Beschreiten wir einen zukunftssicheren Weg, oder geht die Entwicklung am Ende doch in eine andere Richtung? Es fehlt an flächendeckenden Standards, sagt etwa Andreas Brülls, Leiter Produktmanagement, Proleit und Mitglied des AK Modulare Automation des ZVEI.
Standards sind in Arbeit
Einen Entwurf für ein Modell, das es erlauben soll, Module einfach in die Prozessleitebene zu integrieren, hat Wago 2015 vorgestellt. Dieses Dima-Konzept (Dezentrale Intelligenz für modulare Anlagen) wird seither mit Nachdruck von ZVEI und Namur weiterentwickelt. Die Grundidee: Die Steuerungsintelligenz soll weitgehend auf die Anlagenmodule verteilt, die Module digital beschrieben und eine neutrale Schnittstelle zwischen Modul und Prozessführungssystem geschaffen werden. Ein zentraler Punkt ist die Spezifikation des Module Type Package (MTP). Damit definierte Einheiten sollen sich leicht hinzufügen und an die Produktionsanforderungen anpassen lassen. So wandelt sich die Aufgabe der Prozessleitsysteme: Sie orchestrieren nun den Betrieb der modularen Einheiten.
Die Anforderungen an die Prozesssteuerung sind vielfältig. So soll sie nicht nur skalierbar sein, sagt Norbert Nohr, Sales Manager Process Automation Systems bei Rockwell Automation, sondern auch die Funktionen der ISA 88 sowie „Standard-Zustandsmodelle der technologischen Funktionen, Standard-Ethernet-Kommunikation, Standard-Feldbus-Kommunikation zur Kopplung der Feldgeräte und einen Standard wie FDT/DTM“ enthalten. Nohr weist darauf hin, dass man „auch die Methoden der Koppelung des Automatisierungs-/Leitsystems an die MES/ERP-Systeme und die Analytics-Plattform“ im Blick behalten muss, „um neben der Modularisierung/Flexibilisierung auch den Herausforderungen der digitalen Transformation gerecht zu werden“. Dima soll bis Ende 2018 in eine allgemeingültige VDI/VDE/Namur-Norm überführt werden. Danach ist eine globale IEC-Norm angestrebt, um zu vermeiden, dass sich konkurrierende Standards entwickeln. Damit sich gegebenenfalls Probleme frühzeitig ausräumen lassen, wird der ProcessNet-Arbeitskreis zusammen mit der Namur auch Workshops mit Behörden veranstalten.
Kooperation ist unverzichtbar
Die „derzeit größte Herausforderung“, so Andreas Brülls von Proleit, bestehe darin, „die Parteien an einen Tisch zu bringen, die Mehrwerte dieser Zusammenarbeit herauszuarbeiten und sicherzustellen, dass die herstellerabhängigen USPs trotz einer Standardisierung nicht verloren gehen.“ Industrie 4.0 verändert die Beziehungen aller Beteiligten vom Rohstofflieferanten über die Produktion bis hin zum Kunden.
Damit die Modularisierung gelingt, müssen Anlagenbetreiber, Equipment-Hersteller und Automatisierungs-Spezialisten nicht nur enger kooperieren und Daten austauschen – sie müssen auch ihre Geschäftsmodelle überdenken und anpassen. Gehütete Konzepte und Produktionsgeheimnisse werden möglicherweise entwertet. Dafür eröffnen sich neue Wege: Der Chemiehersteller baut rasch eine Produktionseinheit beim Kunden auf, die exakt die Stoffe produziert, die dieser benötigt. Zulieferer bieten (anpassbare) Standardlösungen und vermieten schlüsselfertige Module oder Modulgruppen an Produzenten – inklusive aller erforderlichen Dienstleistungen.
Mittelstand: Herausforderung und Chance
Können auch kleine und mittlere Unternehmen den Wandel bewältigen – oder sind sie eventuell sogar im Vorteil? „Für KMUs bedeutet die Umstellung auf vernetzte Produktionsprozesse eine einschneidende Veränderung“, sagt Andreas Brülls von Proleit. Doch sie müssen sich dieser Herausforderung stellen, „um im nationalen sowie internationalen Wettbewerb nicht abgehängt zu werden.“ Durch die kürzeren Entscheidungswege könnten sie womöglich „sogar Wegbereiter“ sein. Auch Marco Becker, Gemü, sieht das so: „KMUs haben häufig agilere Strukturen als Konzerne, und können dem Wandel somit offener begegnen.“ Außerdem hätten etwa Familienunternehmen oft „den Spielraum, auf Themen zu setzen, die sich vielleicht nicht schon im darauffolgenden Quartal rentieren müssen, sondern einen längeren Atem brauchen.“
Pharmaindustrie und Spezialchemie dürften als erste auf die flexiblen Technologien setzen – denn bei hohen Preisen rechnet sich die Herstellung kleiner Mengen. Als Maschinen- und Anlagenbauer für die Pharmaindustrie ist L.B. Bohle also in einer Vorreiterbranche aktiv. Das Unternehmen hat zusammen mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft bereits eine modulare Pilotanlage konzipiert, die von der Direktverpressung über Feucht- und Trockengranulation die Produktion vom Pulver bis zur gecoateten Tablette umfasst. Auf der Achema werden die Namur, ProcessNet, VDMA und ZVEI gemeinsam Prozessmodule präsentieren, die sich immer wieder neu kombinieren lassen.
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