Digitalisierung (bio-)verfahrenstechnischer Prozesse

Wir überführen Ihre Prozesse in die digitale Welt

Am Fraunhofer IGB arbeiten wir seit mehreren Jahren in Projekten an der Entwicklung digitaler Anwendungen und deren Integration in die verfahrenstechnische Praxis − auch als Dienstleister für Unternehmen. Wir verfügen über umfangreiche Expertise in der Prozesstechnik und unserem Know-how zur Modellierung und Simulation sowie zum Datenmanagement. So können wir Unternehmen bestmöglich beraten und auf dem Weg zur Prozess-Digitalisierung und -Automatisierung begleiten und voranbringen. Dabei profitieren Sie von unseren langjährigen Erfahrungen und Kompetenzen in der Automatisierungstechnik, der Skalierung, der Auslegung und dem Bau verfahrenstechnischer Anlagen.

So sind wir in der Lage, Sie entlang der gesamten Entwicklungskette eines Prozesses zu unterstützen − von der Forschung und Entwicklung im Technikumsmaßstab bis zur Umsetzung in den technischen, automatisierten Prozess mit Fernüberwachung in Echtzeit.

Prozessdigitalisierung: Potenziale und Herausforderungen

Die Digitalisierung in der Prozess- und Verfahrenstechnik schafft die Grundlage für weitreichende Fortschritte und neue Möglichkeiten: Durch intelligente Vernetzung von Maschinen und Systemen über kommunizierende Sensornetzwerke sowie die kombinierte Nutzung von Datenanalysen und digitalen Zwillingen können Prozesse optimiert werden. Doch mehr noch: Verschiedene Verfahrensschritte lassen sich auch nahtlos zusammenführen, integrieren und automatisieren.

Doch in der Realität stehen – aus Sicht der Digitalisierung – viele Prozesse heute noch im Stadium der Pilotphase. Die Gründe dafür sind vielfältig: Die vorhandene Messtechnik und Datenbasis stehen oftmals als separate, nicht integrierbare Daten- bzw. Softwareinseln da. Zudem ist die Kommunikation zwischen einzelnen Anlagenmodulen häufig noch unzureichend und wichtige Prozessdaten werden vielfach nur als Momentaufnahme dargestellt. Die Einführung digitaler und KI-basierter Tools ist außerdem zeitaufwändig und benötigt neben den IT-Kompetenzen für die Implementierung der systemintegrativen Maßnahmen auch das verfahrenstechnische Fachwissen entlang der gesamten Prozesskette.

Eine Vielzahl von Unternehmen, insbesondere KMU, kann zeitaufwändige und kostenintensive Digitalisierungsaufgaben aufgrund begrenzter Kapazitäten, fehlender Kompetenzen und der Gleichzeitigkeit verschiedener anderer Herausforderungen kaum leisten, sodass der Vorteil, der sich durch die Prozess-Digitalisierung ergeben würde, noch viel zu selten genutzt wird.

Unsere Leistung: Wir digitalisieren Ihre Prozesse

Unser Alleinstellungsmerkmal

Wir kombinieren Prozesswissen mit Digitalisierung. Wir verstehen Ihre Prozesse und digitalisieren Ihre Daten für die kosteneffiziente Optimierung Ihrer Prozessführung. Dies gelingt uns durch eine erste Datenanalyse, eine effiziente Daten-Kommunikation und simulationsgeschützte Steuerung mittels digitaler Zwillinge.

Datenstrukturierung: Wir schaffen die Voraussetzung für die Anwendung von KI in der Prozesstechnik

Damit analysierte Prozessdaten zur digitalen Optimierung und Steuerung von Prozessen eingesetzt werden können, müssen sie zunächst für die jeweiligen Nutzer (Prozessbetreiber, Planer, Wissenschaftler) zugänglich gemacht werden.

Hierfür schaffen wir am Fraunhofer IGB eine organisierte und prozessorientierte Daten-Struktur. Diese ist Voraussetzung für die Anwendung jeglicher KI-Tools zur Datenauswertung und Modellierung oder Simulation. Die Strukturierung der vorliegenden Daten ist damit ein grundlegender Meilenstein auf dem Weg zur Digitalisierung von Prozessen.

Datenmanagement: Wir sorgen dafür, dass Ihre Daten miteinander kommunizieren und machen sie KI-Fähig

Unser Hauptaugenmerk am Fraunhofer IGB liegt auf einem integrierten und prozessorientierten Datenmanagement. Hierfür analysieren wir Ihre Messdaten und sorgen dafür, dass alle Daten erhoben und in die Struktur integriert werden und miteinander kommunizieren können: Die Vernetzung verschiedenster Daten und Protokollformate, ein automatisierter Transfer und die Sicherung von Anlagendaten (inkl. Offline-Daten wie Analytikdaten) schaffen die Voraussetzung für eine smarte Prozessteuerung und Automatisierung sowie eine effiziente Datenbearbeitung (Betriebsanalyse, Modellierung…).

Unser Datenmanagement ist kosteneffizient, da es nur geringen Hardware-Einsatz benötigt und auf teure kommerzielle Lösungen verzichtet.

Unser Angebot im Überblick

Prozesssteuerung einer Anlage zur Trocknung mit überhitztem Dampf — © Fraunhofer iGB

Konzepte zum Datenmanagement
Erstellen einer Datenstruktur für die zentrale Einbindung von Online/Offline-Daten
Visualisierung der Daten und Fernüberwachung in Echtzeit
Entwicklung innovativer Regelungs-/Steuerungskonzepte
Modellierung und Optimierung von verfahrenstechnischen Prozessen

Prozessoptimierung und -automatisierung für Ihre Anwendungen

Wir optimieren die Betriebsführung durch Fernüberwachung in Echtzeit

Durch die effiziente Datenstruktur können die Prozessdaten gleichzeitig für die Visualisierung als auch für die Automatisierung sowie Modellierungsaufgaben genutzt werden. So ziehen wir sie zur Visualisierung des Prozesses, für die Prozessoptimierung durch Betriebsanalyse und die Entwicklung innovativer Automatisierungskonzepte heran. Mit diesem Wissen realisieren wir für Ihren Prozess eine Anlagenüberwachung und Anlagensteuerung als Fernüberwachung in Echtzeit.

Dabei wählen wir die notwendigen Sensoren und Aktoren so aus, dass auch die richtigen Daten zur Steuerung der Anlage erhoben werden. Um Kosten für aufwändige Messtechnik, beispielsweise Durchflusssensoren, zu sparen, entwickeln wir dabei auch Softsensoren. Diese können mithilfe der richtigen Programmierung die erforderlichen Daten aus bereits erhobenen Messpunkten berechnen.

Darüber hinaus entwickeln wir Modelle, sogenannte digital twins, mit deren Hilfe wir eine simulationsunterstützte Steuerung programmieren können, um ihren Prozess zu optimieren. So ist es möglich, Prozessparameter dynamisch zu variieren, um beispielsweise Energieeintrag zu minimieren bzw. Produktertrag zu maximieren.

Anlagenplanung: Design und Szenarienbewertung durch Prozesssimulation

Wir legen Ihre Anlage mit den benötigten Anlagenkomponenten aus. Hierzu bilanzieren und modellieren wir Ihre Prozesse anhand von Massen- und Energiebilanzen. Dabei greifen wir auf Methoden der physikalischen Modellierung zurück, setzen bei Bedarf aber auch KI-Tools oder hybride Modelle ein. Anhand von Prozesssimulationen können wir die Effizienz ihrer geplanten Anlage vorhersagen und so die Wirtschaftlichkeit Ihres Projekts erhöhen. Für den optimalen Betrieb von Anlagen sind oft auch nicht vorhersagbare Parameter entscheidend: durch unterschiedliche Standorte, Jahreszeiten oder Wetterverhältnisse werden Anpassungen der Prozessführung erforderlich. Diese dynamischen Daten können in unsere Berechnungen (MatLab/Simulink) einfließen und so sind wir in der Lage, mit unseren Simulationen Prognosemodelle für verschiedene Szenarien zu generieren.

Ihre Vorteile

Qualifizierte Beratung für die Planung neuer Anlagen
Flexible Strukturierung vorhandener Daten (wir machen Ihre Prozess KI-fähig)
Flexibilisierung des Betriebs
Besseres Prozessverständnis
Erhöhte Anlagensicherheit durch Einsatz von Online-Daten
Schnellere Reaktion auf Fehlermeldungen für proaktive Wartung (Predictive Maintenance)
Minimierung von Ausfallzeiten
Reduktion des Personaleinsatzes
Kostenreduktion durch Einsparungen bei Betrieb und Wartung
Verbesserte Prozesseffizienz durch angepasste Regelungsstrategien