Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution. Durch das Internet getrieben, wachsen reale und virtuelle Welt zu einem Internet der Dinge zusammen. Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 zielt darauf ab, die Industrie in die Lage zu versetzen, für die Zukunft der Produktion gerüstet zu sein. Sie ist gekennzeichnet durch eine starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten Produktion. Dadurch werden Kunden und Geschäftspartner direkt in Wertschöpfungsprozesse eingebunden und Produktionsprozesse werden mit hochwertigen Dienstleitungen vernetzt. Mit intelligenten Monitoring- und Entscheidungsprozessen werden in Zukunft Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in nahezu Echtzeit gesteuert und optimiert. Dabei lassen sich neuartige Geschäftsmodelle und erhebliche Optimierungspotenziale in der Produktion und Logistik erschließen.

International steht Industrie 4.0 heute für die Digitalisierung der Industrie

Technische Standards allein reichen nicht mehr aus. Der größte Teil der Wertschöpfung im Maschinen- und Anlagenbau, aber auch in der Automatisierung besteht heute schon aus der Softwareentwicklung, deren Komplexität immer mehr zunimmt. Die Softwaresysteme der Industrie 4.0 sind ökonomisch tragfähig, leistungsfähig und zuverlässig und müssen trotz wachsender Komplexität beherrschbar bleiben. So rücken Mensch und Maschine in einem Arbeitsraum eng aneinander. Ihre vereinten Fähigkeiten ermöglichen kürzere Produktionszyklen und steigende Variantenvielfalt der Produkte.

Hinzu kommt der tiefgreifende demografische Wandel. Wirtschaft und Wissenschaft sind hier gemeinsam gefordert, Modelle und Konzepte zu entwickeln und umzusetzen, mit denen die positiven Aspekte der Digitalisierung der Arbeitswelt für Unternehmen und Beschäftigte identifiziert und erschlossen werden.

Die zentrale Frage: Wie müssen Arbeitsplätze der Zukunft gestaltet sein, damit die Fachkräfte, die wir haben, bestmöglich gemäß ihrer Fähigkeiten unterstützt werden können? Die Lösung sind technische Assistenzsysteme. Fachkräfte können so befähigt werden, qualifizierter, sicherer, länger und alternsgerechter zu arbeiten.

Intelligente Arbeitssysteme ermöglichen zu dem einen flexiblen Einsatz von Fachkräften vor allem in kleinen und mittelständischen Unternehmen, dem Rückgrat der Wirtschaft in Sachsen-Anhalt, erhalten damit Arbeitsplätze in den Leitmärkten – und schaffen langfristig neue. So lässt sich mit intelligenten Arbeitssystemen der Arbeitskräftevorrat im Land besser erschließen – und darüber hinaus zusätzliches Erwerbspersonenpotenzial heben.

Eine dafür notwendige methodische Lösung wurde durch das Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg und einem sachsen-anhaltischen Unternehmen entwickelt und steht in nächster Zeit für den Einsatz in der Praxis bereit.

Zusammen mit der Fangmann Energy Service GmbH & Co.KG wurden intelligente Arbeitsplatzsysteme geschaffen. Getreu dem Motto „virtuell geschult ist wirklich begriffen.“ Dabei ist absolut sicher, dass der arbeitende Mensch weiterhin im Mittelpunkt steht, auch in einer durchgängig virtualisierten und informatisierten Fabrik. Die qualifizierten Mitarbeiter der Fangmann Energy Service aus Salzwedel schließen die sensorische Lücke, die immer bestehen wird. Sie allein verfügen über die langjährige Erfahrung zur Beurteilung und Lösung von Ausnahmesituationen und bringen als Arbeitskraft die notwendige Kreativität und Flexibilität in die Prozesse ein.

Im gemeinsamen Projekt des Fraunhofer IFF und des Unternehmens wurde das sensible Produkt der Erdgas-Bohrungen und deren Umgang damit betrachtet, welches wir hier vorstellen möchten.


Wirtschaft und Wissenschaft verbinden sich für mehr Wettbewerbsfähigkeit

Die Förderung, die Aufbereitung und der Transport von Erdgas und Erdöl gehört zum Geschäft des Unternehmens. Verwässern Erdgas-Bohrungen, strömt kein Gas mehr heraus. Abhilfe schaffen dabei »Freiförderanlagen«. Sie zu bedienen, ist jedoch nicht ungefährlich – die Mitarbeiter müssen daher genau wissen, was sie tun. Künftig  können sie das Montieren und Bedienen der Anlage in einem virtuellen Szenario trainieren, ohne sich und die hochsensible und kostenintensive Technik zu gefährden.

Erdgas-Bohrungen können auch altern: Im Laufe der Zeit setzen sich oftmals die Fließwege zu, zudem verwässern die Bohrungen. Das in der Bohrung stehende Wasser ist aufgrund der hohen Dichte schwer, sodass der Druck in der Lagerstätte nicht ausreicht, um die Flüssigkeit an die Erdoberfläche zu transportieren.

Das Ergebnis: Die Bohrung ist »tot«, es strömt kein Erdgas mehr heraus. Abhilfe schaffen dabei Freiförderanlagen: Sie entlasten die Bohrungen, fördern das Wasser heraus und lassen so das Erdgas wieder strömen. Die Fangmann Energy Services GmbH & Co. KG hat dafür eine mobile Freiförderanlage entwickelt: Dabei wurde die gesamte Anlage auf Trailern modular installiert. Die mobile Ausführung garantiert geringere Rüstzeiten, erreicht schnell den jeweiligen Förderplatz und kann in kürzester Zeit die Einheiten entsprechend den Platzbedingungen optimal positionieren, miteinander verbinden und mit der Freiförderung beginnen.  Zusätzlich enthält die mobile Anlage eine Gaswäsche-Einheit. Musste das Erdgas, das bei der Freiförderung herausströmte, bei bisherigen Anlagen grundsätzlich abgefackelt werden, kann es nun so gereinigt werden, dass es direkt zur Aufbereitungsanlage fortgeleitet werden kann. Das ist nachhaltiger und ressourcenschonender.

Begleitend zur Entwicklung der Freiförderanlage haben die Forscher des Fraunhofer IFF ein Schulungsszenario erstellt – in fachlicher Zusammenarbeit mit Mitarbeitern der Fangmann Energy Services GmbH Co. KG. Basierend auf 3D-Konstruktionsdaten der Anlage wurden mehrere Lernmodule für die interaktive Lernanwendung entwickelt.
Das Besondere an den intelligenten Arbeitsplatzsystemen: Die Mitarbeiter bewegen sich bereits am Computer frei auf einem Förderplatz. Sie verbinden virtuell einzelne Anlagenteile und bedienen sämtliche Armaturen –  ohne sich selbst und die Technik zu gefährden.  Die virtuelle Anlage ist der realen bis ins Detail nachempfunden.

Die Arbeit mit der Freiförderanlage ist nicht ungefährlich: Es herrscht hoher Druck, explosive Gase können austreten. Das sichere Arbeiten und die Vermeidung von Unfällen haben höchste Priorität. Deshalb darf die Anlage nur von Mitarbeitern bedient werden, die speziell dafür ausgebildet wurden. Die virtuelle Lernumgebung, gemeinsam erarbeitet vom Fraunhofer IFF und der Fangmann Energy System GmbH & Co.KG, ist modular aufgebaut. Sie ermöglicht den Anwendern gezielt auf die benutzerspezifischen Lerninhalte in einzelnen Seminaren zuzugreifen und die notwendigen Informationen im Arbeitsprozess bedarfsgerecht abzurufen. Die Nutzer erkunden anfänglich die Arbeitsumgebung und das Equipment. Es können die Komponenten der Anlage detailliert betrachtet werden, um den Aufbau und die Funktionsweise der Anlage kennen und verstehen zu lernen. Anschließend werden die Arbeitsprozesse vermittelt, die man braucht, um den Sondenplatz einzurichten und somit die Anlage sicher in Betrieb zu nehmen.

Die Best-Practice-Abläufe, wurden von Fachexperten ausgearbeitet und zeigen anschaulich und nachvollziehbar, wie die Arbeitsabläufe korrekt durchgeführt werden. Dabei ermöglicht die Visualisierung es, dass Zusammenhänge sichtbar gemacht werden und Arbeitsprozesse oder Szenarien dargestellt werden, die real nicht sichtbar wären – beispielsweise das Aufrichten der Fackel und die dazu ablaufenden mechanischen, elektrotechnischen und verfahrenstechnischen Prozesse im Inneren. Sind alle einzelnen Anlagenteile richtig positioniert und mechanisch als auch messtechnisch miteinander verbunden, muss die Anlage angefahren werden. Das hierfür verwendete Fließschema zeigt die Verbindung der einzelnen Behälter und Armaturen mittels standardisierter Symbole. Das Fließschema und das 3D-Modell sind dazu logisch miteinander verknüpft. Der einzelne Nutzer kann die Armatur auf dem Fließschema anklicken und sieht, wie sich sein Handeln im virtuellen Modell auswirkt.

Der wesentliche Vorteil der virtuellen Schulung – eines intelligenten Arbeitsplatzsystems - liegt darin, Arbeitsabläufe zeit- und ortsunabhängig und dabei gefahrlos zu erlernen. Darüber hinaus verbessert die visuelle Darstellung die Kommunikation zwischen den Mitarbeitern, weil jetzt alle das gleiche Bild vor Augen haben: Denn ein Bild sagt mehr als tausend Worte und macht dabei das Arbeiten in der Praxis sicherer.

So kann die Produktionsarbeit der Zukunft – in der vierten industriellen Revolution – aussehen. Die neuen Wege der Industrie 4.0 versprechen technische Entwicklungen, flexible Low Cost Automation im Produktionsbereich und motivierte Mitarbeiter, denn die menschliche Arbeit bleibt weiterhin ein wichtiger Bestandteil der Produktion. Die Zukunft des Anlagen- und Maschinenbaus umfasst intelligente Datenaufnahme, -speicherung und -verteilung durch Objekte und Menschen. Für die Mitarbeiter bedeutet der Einsatz der neuen Technologien einen Wandel ihrer Arbeitswelt und ihrer Aufgaben. In vielen Prozessen gewinnt die Automatisierung weiter an Bedeutung. In anderen Tätigkeiten werden Menschen künftig durch mobile Leichtbauroboter und intelligente Assistenzsysteme unterstützt.

Die Qualifizierung von Fachkräften und die damit einhergehende Sicherung von Erfahrungswissen ist nur ein Teil dessen, was durch Digital Engineering möglich wird und ein erster Schritt in Richtung in Industrie 4.0. Tatsächlich kommt es darauf an, Digital Engineering in allen Phasen eines Produkt- oder in diesem Fall Anlagenlebenszyklus einzusetzen: von der Entwicklung der Anlage über die Inbetriebnahme bis hin zur Bedienung und Instandhaltung. Es ist die Grundvoraussetzung dafür, dass später alle Systeme miteinander kommunizieren können. Die nächsten Schritte müssen also bald folgen, damit die Unternehmen in Sachsen-Anhalt mit der weltweiten Entwicklung Schritt halten können und so ihre Wettbewerbsfähigkeit auf internationalen Märkten sichern.

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