Valve World Expo 2016:
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 (Hallenplan, Valve World Expo 2016), der nächsten, vierten indu
striellen Revolution. Die Folge: Armaturen werden zunehmend mit digitaler Aktorik versehen, die den Anwendern Umsatzsteigerungen, Effizienzverbesserungen und Kosteneinsparungen ermöglichen. Der Druck auf Armaturen-, Antriebs- und 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% 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% und an eine Kostenersparnis von 2,6%. Bis 2020 wird laut Studie erwartet, dass über 80% der Wertschöpfungskette einen hohen Digitalisierungsgrad aufweist.
Auch Siemens betrachtet die Digitalisierung als entscheidenden Wachstumshebel in der Industrie. Sie verheiße, so der Technologiekonzern, mehr Produktivität, Effizienz und Flexibilität. Die gesamte Wertschöpfungskette eines Unternehmens müsse 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 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 der Anlage. Ein Beispiel der direkten Datenverarbeitung an der 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 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 (Hallenplan, Valve World Expo 2016). 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 Sand- oder Eiswüsten und Steppen realisieren. Somit gibt es kaum eine Beschränkung für den Einsatz von Antrieben zur digitalisierten Armaturenautomation."
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."
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 (Hallenplan, Valve World 2016) 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...
Bilder: R. Eberhard, messekompakt.de, EBERHARD print & medien agentur gmbh
Quelle: Messe Düsseldorf
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