Modellfabrik für chemisch-technische Prozesse auf Basis cyber-physischer Systeme (CPS)

Kern des geplanten Projekts sind Konzeption, Aufbau und Betrieb einer Technikumsanlage auf Basis cyber-physischer Systeme (CPS). Die CPS beinhalten autonom funktionierende verfahrenstechnische Anlagenkomponenten, zum Beispiel Pumpen oder Reaktoren, und können je nach Zielprodukt kombiniert werden. Im Rahmen des Projektes sind die Anlage auf Basis des modellgetriebenen Entwurfes aus den CPS zu strukturieren, das Verhalten der Anlage zu simulieren, die Prozessparameter abzuleiten und die Steuerungssoftware zu generieren. Im Unterschied zu bestehenden Versuchsanlagen im Bereich des Maschinenbaus liegt bei der hier betrachteten Modellfabrik der Fokus auf einem Prozess im Umfeld der chemisch-pharmazeutischen Industrie.

Die Modellfabrik legt somit das Fundament, um künftig einen Technologietransfer von der chemisch-pharmazeutischen Großindustrie zum Mittelstand mit der TH Bingen als „Katalysator“ zu ermöglichen. Mit Inbetriebnahme einer solchen Anlage können KMUs diese neuen Technologien aus dem Industrie 4.0-Kontext kennenlernen, testen, anwenden sowie ihr Personal daran aus- und weiterbilden. Dies erlaubt interessierten Unternehmen, sehr zielgerichtet den herausfordernden Weg der Digitalisierung in der Produktion mit Unterstützung der Hochschule zu begehen.

Die cyber-physische Modellfabrik – Industrie 4.0 ist eine modulare verfahrenstechnische Anlage im Kleinproduktionsmaßstab für Forschung und zur Aus- und Weiterbildung. Im Rahmen des von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderten Projektes wird das Gesamtkonzept der Digitalisierung einer modularen Anlage im Bereich der chemischen Produktion untersucht. Die einzelnen Module sind hierbei als cyber-physische Systeme (CPS) definiert. Das bedeutet die Messwerterfassung, Automatisierung und Speicherung der Prozessdaten erfolgt im CPS selbst. Die Orchestrierung übernimmt ein Leitsystem. Die Vernetzung der Prozessinformationen einzelner Module, die Erzeugung von Informationsflüssen in Echtzeit, sowie die modell- und datenbasierte Prädiktion des Gesamtsystemverhaltens erfolgt mittels verfahrenstechnischer und automatisierungsgesteuerter Analyse. Alle Module sind über ihre Verwaltungsschale (Digitaler Zwilling) informationstechnisch beschrieben und können durch Software angesprochen werden. Exemplarisch werden ein Flüssig-Flüssig-Vorlagemodul, ein Reaktormodul und ein Abfüllmodul ausgestellt. Mit diesen ersten CPS-Modulen werden die grundlegenden Operationen, Flüssigkeiten zu fördern, zu mischen und in Gebinde abzufüllen, abgebildet. Der modulare Aufbau der Module mit Aluminiumprofilen enthält definierte Schnittstellen und ermöglicht so die Vernetzung bzw. den Austausch der Module untereinander zu einer frei konfigurierbaren Anlage. Das Design und die Konstruktion wurden durch ein interdisziplinäres Team der TH-Bingen erarbeitet. Anschließend erfolgte die Realisation in enger Zusammenarbeit mit Adiro Automatisierungstechnik GmbH.

FAZ Pressebericht