Dieser Überblick des European Sensor Systems Cluster (ESSC) beinhaltet aktuelle Themen im Bereich Sensor Systems und definiert Schwerpunkte der Roadmap für die Europäische Kommission für die Auswahl zukünftiger H2020 Calls.
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http://www.cluster-essc.eu/documenti/ESSC_Roadmap_Towards_European_Leadership_in_Sensor_Systems.pdf
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen. »Licht in den Prozess«: Optische Messung durch eine Gefäßwand zur Bestimmung chemischer Größen.
Die optische Prozessanalytik misst chemische und physikalische Eigenschaften berührungslos und schnell, liefert eine hohe Informationsdichte, kommt ohne Probenahme aus, lässt sich enorm verkleinern und kann einfach in bestehende Prozesslinien integriert werden. Ein Konsortium unter der Leitung des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Kooperation mit der BAM und der RWTH Aachen hat nun die Zukunftsperspektiven der optischen Prozessanalytik analysiert. Im Mittelpunkt der neuen Studie »Inline-Prozessanalytik mit Licht –InLight« stehen eine Technologie-Roadmap und ein detailliertes Whitepaper, das Anfang 2017 einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt wird.
Eine wichtige Rolle bei chemisch-physikalischen und biotechnischen Produktionsverfahren spielt die exakte Erfassung der Messgrößen im laufenden Prozess. »Das Instrumentarium dazu bietet die Prozessanalysentechnik (PAT), für die sich optische Messverfahren besonders eignen«, erklärt Dr. Reinhard Noll, Leiter des Kompetenzfeldes Messtechnik und EUV-Strahlquellen am Fraunhofer ILT.
Damit sich die optische PAT nicht nur für den Einsatz im Labor, sondern auch im rauen Industriealltag eignet, bedarf es robuster, prozesstauglicher und automatisierbarer Sensorik. Dazu untersuchte das Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer ILT vier Themenfelder. Gute Entwicklungschancen ermittelte das Team für »spektroskopische Methoden«, die sich auch für Anwender ohne spezielles Fachwissen eignen. Gefragt seien flexible Geräte zum Messen in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig.
Im Mittelpunkt des Themenschwerpunkts »optischer Zugang« steht die Vision eines wartungsfreien optischen Zugangs. Auch hier gibt es einen hohen FuE-Bedarf, etwa bei den optischen Fenstern mit integrierten Funktionselementen, Stichwort: SmartWindow.
Sehr anspruchsvoll fielen auch die Anforderungen des Studien-teams im dritten Themenfeld an die »Laserstrahlquellen« aus: Gefragt sind preiswerte Lichtquellen (Preis: < 1000 Euro) für einen breiten Anwendungsbereich (vom mittleren infraroten bis zum ultravioletten Spektralbereich) mit einer langen Betriebsdauer (> 100 000 Stunden) und einem erweiterten Temperaturbetriebsbereich.
Viel hängt mit Blick auf die Zukunft der optischen PAT-Systeme von den Fortschritten bei den Themen »Kalibrierung, Soft Sensor und Sensor Fusion« ab. Die Studie stellte eine Wunschliste auf, die von der stark vereinfachten Kalibrierung von Sensoren bis hin zur Übertragbarkeit von Kalibrierungen zwischen verschiedenen Geräten reicht. Um die mittel- und langfristigen Ziele zu erreichen, zeigt die Technologie Roadmap verschiedene Wege wie Sensorfusion, Selbstdiagnose und automatische Kalibrierung von Sensoren oder In-situ-Qualifizierung auf.
Ab Anfang 2017 steht das Whitepaper »Optische Prozessanalytik – Bedarfe der Wirtschaft, Zukunftsperspektiven und F&E-Themenfelder« auf der Homepage des Fraunhofer ILT zum Download zur Verfügung:
http://www.ilt.fraunhofer.de/de/projekte_old/inlight.html
Unter der Leitung des Fraunhofer ILT hat ein Expertenteam von Oktober 2015 bis Oktober 2016 eine detaillierte Konsortialstudie zur »Inline-Prozessanalytik mit Licht« erarbeitet. An der Studie mitgewirkt haben die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) aus Berlin, die RWTH Aachen University und 14 Unternehmen aus Deutschland und Österreich.
http://www.ilt.fraunhofer.de/content/dam/ilt/de/documents/Pressemeldungen/pm2016/Bilder_PM_Ergebnisse_der_Konsortialstudie_InLight.zip
Liebe Mitglieder der FG Analytische Chemie,
derzeit findet eine rasante Veränderung im Umfeld der Prozessanalytik statt, deren Herausforderungen wir uns zukünftig stellen müssen. Themen wie „Industrie 4.0“, „Dezentrale Automation“ oder „Factories of the Future“ entfalten eine bedeutende Dynamik. Technologische Entwicklungen aus den Nachbarbranchen IT- und Medizintechnik eröffnen neue Möglichkeiten für die Prozessanalytik. Neuartige Sensorkonzepte oder miniaturisierte Bauelemente mit extrem niedriger Preisstellung und Plugin-Software für Smartphones und Tablets lassen eine massive Erniedrigung der Hemmschwelle bei der Beschaffung und Implementierung von Prozess-Sensoren
erwarten. Aber sind diese Module auch ernstzunehmen? Wie geht man mit ihrer Einbindung und Kalibrierung um, ohne auf Sicherheit und Robustheit verzichten zu müssen? Lassen sich neue Konzepte entwickeln, um den vervielfachten Kalibrier- und Wartungsaufwand abzudecken?
Der Arbeitskreis Prozessanalytik befasst sich mit diesen und ähnlichen Fragen seit seiner Gründung vor ziemlich genau 10 Jahren. Damals wurde erkannt, dass entsprechende Antworten und zukunftsfähige Lösungen nur
durch einen hohen Vernetzungsgrad von Forschern, Geräteherstellern sowie industriellen Anwendern gefunden werden können. Diesen wurde mit dem Arbeitskreis eine Plattform geschaffen.
Wichtigstes Forum für diesen Trialog ist nach wie vor das jährliche Kolloquium des Arbeitskreises, welches in diesem Jahr am 1. und 2. Dezember in Wien stattfinden wird. Das 11. Kolloquium wird eine Diskussionslinie
entlang der Wertschöpfungskette vom smarten Sensor bis zur Prozessintelligenz aufspannen. Der smarte Sensor misst mehrere Messgrößen, kalibriert und optimiert sich selbst, ist leicht in Anlagen zu integrieren und erhält seinen Betrieb selbstständig. Eine Prozessintelligenz ist geeignet, aus den multisensorischen und multivariaten Messdaten übergeordnete Informationen zu generieren. Dies ermöglicht eine flexible aber zielgenaue prädiktive
Prozessführung, die Einflüssen von Schwankungen der Prozessumgebung oder nicht konstanter Zwischenproduktqualitäten, wie zum Beispiel bei der Verwendung natürlicher Rohstoffe, begegnen kann. Aber kann man zukünftig überhaupt selbstkalibrierende Sensoren erwarten und wie ist ihr Lebenszyklus-Management zum Erhalt eines validen Messsystems durch den Anwender gesichert?
Die Prozessanalytik fokussiert sich damit nicht allein auf die Erfassung von physikalischen und chemischen Messgrößen oder das Verständnis von Prozessen, sondern befasst sich auch mit flexibilisierten Automatisierungskonzepten und Prozesstopologien, dies von der Versuchsplanung bis hin zu einer modell- und datengetriebenen Prozessführung. Die Thematik wird damit zwar noch spannender aber auch deutlich komplexer, sodass auch unter diesem Blickwinkel betrachtet tragfähige Konzepte zunehmend nur in enger Zusammenarbeit von Fachleuten verschiedener Disziplinen entstehen können. Neben den Naturwissenschaftlern sind daher im Arbeitskreis Prozessanalytik auch viele Experten aus transdisziplinären Fachrichtungen wie etwa der Verfahrenstechnik vertreten, die nach wie vor einen unverzichtbaren Beitrag leisten.
Die Prozessanalytik versteht sich daher auch nicht als Spezialthema innerhalb der Analytischen Chemie, die Prozessanalytiker nicht als Spezialisten der Spezialisten. Vielmehr wird der Versuch unternommen die Analytischen Wissenschaften in ihrer gesamten Vielfalt von analytischen Methoden und Verfahren in den ingenieurwissenschaftlich-technischen Kontext der Prozesssteuerung und -führung einzubringen. So kann zum Beispiel die im Labor seit Langem etablierte NMR-Spektroskopie, wie momentan schön zu beobachten ist, den von pH-Sonden und Infrarot-Spektrometern geebneten Weg in die Prozesslandschaft finden.
Damit ist die Prozessanalytik zugleich ein wichtiger Technologietreiber, auch für die eingangs erwähnten Zukunftsprojekte. Und Zukunftsthemen gebieten immer eine besondere Beachtung der Nachwuchsförderung. Der Arbeitskreis erfreut sich seit Jahren einem stetig wachsenden Anteil an jungen
Prozessanalytikern. Zur Bestärkung dieser erfreulichen und wichtigen Entwicklung wird derzeit angestrebt, den Vorstand des Arbeitskreises ab der nächsten Legislatur durch einen Vertreter unserer Jung-Prozessanalytiker zu erweitern. Natürlich wird auch bereits an dieser Stelle dem Aspekt der interdisziplinären Vernetzung eine große Bedeutung beigemessen. Das Doktorandenseminar etwa findet mittlerweile unter Beteiligung der kreativen, jungen Verfahrensingenieure (kjVI, sprich „Kiwis“) der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesens (VDI-GVC) statt. Wir können also zuversichtlich sein, dass den ersten zehn Jahren Arbeitskreis Prozessanalytik weitere arbeitsame aber sehr erfolgreiche Jahrzehnte folgen werden.
An dieser Stelle sei die Gelegenheit nicht versäumt, allen Mitgliedern und Wegbegleitern ausdrücklich zu danken, die durch ihren persönlichen Einsatz dazu beigetragen haben, den Arbeitskreis zu dieser außerordentlich aktiven Plattform auszugestalten und die Prozessanalytik von einem technischen
Werkzeug zu einer international beachteten Zukunftsbranche zu entwickeln.
Für den Vorstand des Arbeitskreis Prozessanalytik
Jens Nolte
Die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ wird als Projekt von NAMUR und VDI/VDE-GMA von einem firmenübergreifenden Projektteam von Anwendern und Herstellern von Sensorik erarbeitet. Unter Mitwirkung der Unternehmen ABB, BASF, BTS, Bilfinger Maintenance, Endress+Hauser, Evonik, Festo, Krohne, Lanxess, Siemens, des Fraunhofer ICT, der HS Reutlingen und der BAM (Projektleitung) entstand jetzt die grundlegend aktualisierte und überarbeitete Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“, die am 05. November 2015 auf der NAMUR-Hauptsitzung in Bad Neuenahr sowie an dieser Stelle veröffentlicht wird.
Derzeit finden gravierende Veränderungen im Umfeld der Informations- und Kommunikationstechnik statt, die eine große Chance für die optimierte Prozessführung und Wertschöpfung mit darauf abgestimmten vernetzt kommunizierenden Sensoren bieten. Diese Art „smarte“ Sensoren stellen Dienste innerhalb eines Netzwerks bereit und nutzen Informationen daraus. Dieses ist die Voraussetzung für die Realisierung von Cyber Physical Systems (CPS) innerhalb zukünftiger Automatisierungskonzepte für die Prozessindustrie, wie sie auch durch das Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ adressiert werden. Smarte Prozess-Sensoren ermöglichen neue Geschäftsmodelle für Anwender, Gerätehersteller, Dienstleister.
Das Foto zeigt v.l.n.r Armin Gasch (ABB), Ulrich Kaiser (Endress+Hauser), Eckhard Roos (Festo), Michael Kloska (BASF), Michael Theuer (BASF), Michael Maiwald (BAM), Frank Grümbel (Lanxess), Martin Blazek (Evonik), Martin Gerlach (Bayer Technology Services).
http://www.namur.net/de/home.html
http://www.namur.net/fileadmin/media_www/Roadmap_Dateien/Roadmap_Prozesssensoren_4.0.pdf