Ad hoc – Arbeitsgruppe „Künstliche Intelligenz in der PAT“, AG KIPAT

post by Matthias Rädle

Das Schlagwort künstliche Intelligenz ist inzwischen in aller Munde und ist auch für den Arbeitskreis Prozessanalytik ein hochaktuelles Thema. Wie schon auf unserer Homepage und in unserem LinkedIn-Account dargestellt, haben wir in letzter Zeit mehrere Arbeitsgruppen gegründet, die sich mit speziellen Themen aus dem Gesamtumfeld der PAT befassen. Eine dieser Arbeitsgruppen ist die AG KIPAT, die sich mit der künstlichen Intelligenz in der Prozessanalysentechnik befasst. Augenblicklich wirken in der Arbeitsgruppe mit: Maik Müller, Eva Krolitzky, Felix Schlecht, Tobias Schenk und Matthias Rädle. Unterstützt werden wir fachlich noch aus CeMOS von Prof. Oliver Wasenmüller, Felix Wühler und Pooja Kumari. Die Arbeitsgruppe trifft sich regelmäßig zunächst vierzehntägig.

Wir wollen erarbeiten, welche Methoden der KI sich ganz speziell in der PAT anwenden lassen. Dabei wollen wir nicht neue mathematische Algorithmen entwickeln, sondern eine möglichst einfache und breite Anwendungsbasis der KI in der PAT finden. Dies bedeutet, dass wir versuchen, einen einfachen Weg aufzuzeigen, wie möglichst mit kostenlosen Bibliotheken ein auch für den digitalen Laien verständliches Vorgehen erarbeitet werden kann und neue Applikationen ermöglicht werden. Ein Schwerpunkt der Diskussion liegt darin, zu identifizieren, in welchen Feldern und mit welchen Anwendungen die KI in der PAT Fuß fassen kann. Durchforstet man hier die Literatur, findet man als hauptsächliche Anwendungen Gesichtserkennung, Fingerabdrücke und andere populäre Beispiele. Aus Verfahrenstechnik und Prozessanalysentechnik findet sich kaum etwas. Diese Lücke wollen wir füllen.

Die Beteiligten der AG kommen aus unterschiedlichen Industrien und Hochschulen, teilweise sind sie noch im Studium oder haben nach einem Industrieaufenthalt wieder ein Studium aufgenommen. Damit sichern wir den Blick aus allen Richtungen. Wir schauen auf die Möglichkeiten in der akademischen Welt, sichten wissenschaftliche Literatur, zeigen uns aber auch interessiert an pragmatischen Lösungen für die täglichen Probleme im Industrieeinsatz. Aktuell wird ein Thesenpapier erstellt, welches die ersten Ergebnisse zusammenfasst. Die Anwendungen in der PAT sind natürlich in einer der ersten Prioritäten mit Bildanalyse verknüpft. Sowohl die KI als auch insbesondere KI in Verbindung mit preiswerten Kameras und hochrobusten, aber preiswerten Mikrocomputern ermöglichen Systemlösungen, die es vor wenigen Jahren noch nicht gab. Es ist nun möglich und preislich erschwinglich, z. B. etliche Webcams zusammenzuschalten und damit dreidimensionale und bewegte Vorgänge zu erfassen, und instantan, also über Edge Computing oder auch über cloudbasiertes Computing auszuwerten und in Form einfacher Ergebnisse weiterzugeben.

Die Diskutanten sind der Meinung, dass wir in naher Zukunft  eigentlich hoch komplexe Geräte deshalb extrem preiswert zur Verfügung haben werden, weil die Universalität der Einsetzbarkeit von Standardelektronik/Optik eine Stückzahl von vielen Millionen in der Produktion ermöglicht. Zu Preisen von 2022 kostet die Hardware für eine Kamera mit z.B. 8 Mio. Bildpunkten mit Objektiv und zugehörigem Computer weniger als 100 €. Damit lassen sich Anwendungen realisieren, die es u. a. ermöglichen, auch Messgeräte, die aktuell nicht an Prozessleitsysteme angekoppelt sind, nachträglich auszurüsten. Auch wenn eine solche Vorgehensweise wie von hinten durch die Brust ins Auge erscheint, könnte eine Webcam mit gesicherter Funkanbindung einfachste Messaufgaben wie die Ventilstellung oder das Auslesen eines Schwebekörper-Durchflussmessers oder das Ablesen eines Manometers billiger realisieren als klassische Möglichkeiten des Legens einer Datenverbindung über Leitungen und Auflegen der Signale auf SPS oder PLS. Ganz im Sinne eines SMART Monitoring.

Die KI-Möglichkeiten in der PAT sind jedoch noch deutlich vielfältiger. Wir gehen davon aus, dass wir mit den Fluktuationen zeitlich hoch aufgelöster Sensorsignale, wie z. B. von optischen Rückstreusensoren, Scannern oder Zeilenkameras in der Lage sein werden, die Möglichkeiten der Prozessüberwachung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik erheblich zu ergänzen.

Auch aus volkswirtschaftlicher Perspektive sehen wir die Aufgabe der KIPAT darin, Produktionen so weit automatisierbar zu gestalten, dass die Herstellkosten sehr viel stärker von Abschreibung auf Investitions- als von Lohn-/Stückkosten geprägt sind. Gelingt dies, so ist die natürliche Folge ein Zurückholen vieler Produktionen aus Drittweltländern nach Zentraleuropa, z. B. Deutschland. [Anmerkung: Ist dieser Satz nicht zu politisch? Alternative: Gelingt dies, so wird lokale Produktion wieder wettbewerbsfähiger.] Die Weiterentwicklung der Computertechnologie macht die Anwendung der KI in der PAT zu einem Thema, dessen Ende nicht absehbar ist. Wir halten es deshalb für richtig, sich hier und jetzt in einer AK PAT-Arbeitsgruppe damit zu beschäftigen.

Gerne laden wir, die aktuellen Teilnehmer der Arbeitsgruppe, weitere Interessenten ein, sich unseren Arbeiten anzuschließen. Dies kann als permanentes Mitglied in der Arbeitsgruppe sein oder auch als Gast mit einem speziellen Themenvorschlag, der jedoch vor der entsprechenden Sitzung angekündigt werden sollte. Wir freuen uns auf Eure Beteiligung.

Leidenschaft für die PAT: Gesichter im Vorstand

post by Werner Worringen

Vorstand, erweiterter Vorstand und die in den Arbeitskreisen Aktiven im AK PAT arbeiten nun seit über einem Jahr zusammen. Die jeweiligen Mitglieder wollen wir in einer lockeren Reihe vorstellen. Werner Worringen, seit 2017 im erweiterten Vorstand dabei, spricht mit ihnen.

Maik Müller ist nicht nur Repräsentant der Hersteller im Vorstand, sondern auch Vorsitzender des Vorstands. Hier ist seine Vita:

Hallo Maik, heute ist der Chef dran. Maik, zunächst: Was hat Dich zur PAT gebracht?

Was hat mich zur PAT gebracht?

Mein ganzes Berufsleben bewege ich mich in der PAT. Ich bin nach dem Studium 1995 in die relativ junge tec5 AG eingestiegen und wir haben uns zu der Zeit auf die noch neue Diodenarray-Spektroskopie spezialisiert. Diodenarray-Spektroskopie wurde über die Jahre immer stärker in Prozess-Applikationen angewendet und hat viel Verbreitung gefunden. tec5 hat sich in den letzten Jahren noch stärker auf die Prozessanwendungen, insbesondere die oft schwierigen, nichtfunktionalen Anforderungen spezialisiert. Dies prägte mein Berufsleben in Entwicklung und Projektleitung, bis ich immer mehr in Managementfunktionen abgedriftet bin und nun seit über elf Jahren auf Vorstandsebene das Thema PAT weiter treibe.

Und was hat Dich zum AK PAT gebracht?

Das war ein längerer Weg. Der AK PAT war mir schon viele Jahre sehr vertraut; wir waren ja auch in der Vorstandsarbeit mehrfach mit anderen Mitarbeitern der tec5 präsent. Aber was mich so richtig zum AK gebracht hat, ist die Überzeugung, dass wir uns aus Herstellersicht noch mehr in diese Arbeitskreise einbringen müssen, damit die tollen Technologien, die wir teilweise schon vor zehn Jahren entwickelt haben, auch ankommen. Ja, und so habe ich mich dann Mitte 2020 entschieden, im AK PAT als Vorstand für die Hersteller zu kandidieren.

Heißt das, die Hersteller waren Dir nicht präsent genug?

Das war aus der Überzeugung heraus, dass wir als Hersteller uns noch stärker einbringen müssen, um diese Technologien dann auch zum Nutzen der Anwender im Prozess ankommen zu lassen. Ich glaube, da sind die Hersteller aus technologischer Sicht an vielen Stellen schon weiter. Nicht von den Konzepten her, da arbeiten wir sicherlich auf Augenhöhe mit den Anwendern und der Wissenschaft, jedoch in Bezug auf die tatsächliche Verfügbarkeit der Technologien. Es standen aber auch größere Veränderungen im Vorstand und erweiterten Vorstand des AK PAT an. Ja, das hat mich dann motiviert, für den Vorstand des Arbeitskreises zu kandidieren. Sozusagen von null auf hundert.

Von null auf hundert. Nun bist Du ja nicht nur Vorstand für die Herstellerseite geworden, sondern auch der Vorsitzende des Vorstands. Kommt der nicht traditionell aus der Akademia?

Ja, das ist ungewöhnlich, aber zum Vorsitzenden des Vorstands bin ich etwas wie die Jungfrau zum Kind gekommen. Nachdem die Wahl stattgefunden hat, haben wir alle uns gegenseitig kontaktiert, Katharina Dahlmann, Tobias Eifert und natürlich auch der Martin Jäger, und am Ende bin ich darum gebeten worden, dass ich den Vorsitz übernehme. Meine Antwort war, „ja, ich tue das“, aber mit einer klaren Botschaft an den Vorstand, den erweiterten Vorstand und auch an die Mitglieder: wir sehen das als echte Teamarbeit und teilen es uns auf: Wer kümmert sich um welche Dachorganisationen? Wer um welche Veranstaltungen? Wer um welche Schnittstellen? Und ich nehme es gerne vorweg, es funktioniert hervorragend!

Neuer Vorsitz, neue Richtung? Welche Richtung wird der AK PAT nehmen? Werden sich Themen ändern? Werden sich Schwerpunkte ändern? Wird’s neue geben? Auch Kontinuität?

Ja, wir wollen Dinge ändern und wir haben auch schon Dinge verändert. Das war der Teil, von dem ich gedacht habe, „da kann ich einen echten Mehrwert liefern“. Ich glaube wir führen den AK PAT schon so ein bisschen wie ein Unternehmen, angefangen mit „Mission, Vision, Strategie, Ziele, Maßnahmen“, alles runtergebrochen und detailliert niedergeschrieben, sodass wir eine gemeinsame Marschrichtung haben. Das muss jetzt noch in der Außendarstellung ankommen, da sind wir noch nicht weit genug. Das ist mein Input aus der Managersicht. Also Kontinuität und auch Veränderung im Sinne von Professionalisierung, mit einer Portion Erfahrung aus der Unternehmensführung heraus. Und, ja, natürlich auch mit neuen Themen.

Für mich hört sich das nach mehr Kommunikation, mehr Sichtbarkeit an. Muss die Prozessanalytik mehr aus sich herausgehen? Muss der AK PAT mehr aus sich herausgehen?

Auf jeden Fall. Die Bedeutung der PAT wird total unterschätzt, jedoch inzwischen nicht mehr in den großen Unternehmen, die Veränderungen aktiv vorantreiben. Dadurch, dass, außer bei den PAT-Spezialisten, stark unterschätzt wird, welchen Mehrwert wir bringen können, ist die PAT viel zu wenig in den kleineren und mittelständischen Unternehmen angekommen. Es gibt durchaus mittelgroße Unternehmen, die wenig PAT-Kompetenz haben und die sich an das Thema nicht rantrauen, oder die das Investment scheuen, dort dediziert Kapazitäten aufzubauen – weil eben das Thema nicht so präsent ist, weil die Manager die Wichtigkeit nicht erkennen auf der Ebene der Entscheider, als auch auf der Ebene der Anwender. Deswegen haben wir auch die Arbeitsgruppe „PAT für Einsteiger“ oder „PAT für KMUs“ gegründet, um dort Hilfestellung zu leisten. Und das ist nur eine der inzwischen 10 neu gegründeten Arbeitsgruppen.

Zweimal Vorstand, Maik, wieviel Zeit steckst Du eigentlich in den AK PAT?

Also, ich würde schon sagen, dass ich an die 10% meiner Zeit in den AK PAT stecke; da ist natürlich viel Freizeit mit dabei. Das hatte ich etwas unterschätzt.

Unterschätzt? Wie erklärst Du Dir das?

Das hat neben der inhaltlichen Arbeit auch damit zu tun, dass wir im Arbeitskreis so viele Schnittstellen haben. Wir haben eine Haupt-Dachgesellschaft mit der GDCh. Wir haben einen zweiten Träger und engen Partner mit der DECHEMA. Wir sind in Fachgruppen beider Bereiche vertreten, wir sind in Wissenschafts-Ausschüssen, wir organisieren Veranstaltungen selbst, aber auch in Co. Es ist sehr komplex und ich gebe gerne zu, dass wir ein paar Monate gebraucht haben, um uns eine Landkarte zu erstellen, wo der AK überall Schnittstellen hat und wer sich um welche Schnittstelle kümmert. Und es kommen weitere dazu. Wir haben gerade intensive Gespräche mit der AMA und Wanted Technologies, weil die Prozessanalytik immer mehr Berührungspunkte mit anderen Bereichen bekommt. Und die sind alle hochinteressiert, mit uns zusammenzuarbeiten. Wir müssen uns aber auch fokussieren und dabei ist das Kriterium: Helfen uns die neuen Themen, Partnerschaften und Kooperationen und vor allem unseren Mitgliedern wirklich? Das ist schon eine Herausforderung.

Abschließend: Was ist Deine Botschaft an die Mitglieder?

PAT ist ein total spannendes Thema und hat mehr denn je eine Daseinsberechtigung. Aber es muss eine noch intensivere, partnerschaftliche und übergreifende Zusammenarbeit geben zwischen den Anwendern, die am Ende ja den Nutzen haben sollen, der Wissenschaft und den Herstellern. In vielen Bereichen, in denen Technologie oder Methodik entwickelt wird, ist das eine bilaterale Partnerschaft. Der Trialog des AK PAT, glaube ich, ist das Besondere, weil ohne einen von den Dreien, und nehmen wir gerne die Jungakademiker als Nukleus der Zukunft mit dazu, wird’s nicht funktionieren.

Ja, ich glaube, der Trialog ist etwas, das alle im Arbeitskreis leben und schätzen. Das spürt man. Vielen Dank für das Interview Maik und gute Fahrt im und mit dem AK PAT.

Vielen Dank und ich freue mich auf die weitere Zusammenarbeit.

Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 2027+“ der NAMUR – ein programmatisches Dokument

post by Martin Gerlach

Die Prozessanalysentechnik bringt Transparenz in qualitative Prozessvorgänge, wenn die Feld­mess­technik, so wie Druck, Temperatur und Durchfluss, keine schlüssige Interpretation des Prozessstatus erlaubt. Heutige verfahrenstechnische Produktionsprozesse und technologische Fortschritte stellen daher höhere Anforderungen an die Prozessführung, wodurch die Bedeutung der PAT und die Durch­dringung unserer Anlagen mit Prozess-Sensoren zugenommen hat und weiter zunehmen wird. Dies geht im Wesentlichen auf die drei vorhergehenden Technologie-Roadmaps zurück.

Die Herausforderungen, die die Endlichkeit von Öl-, Gas- und Kohlevorkommen gepaart mit dem Klima­wandel an die Prozessindustrie stellen, erfordern gewaltige Veränderungen in der Prozesslandschaft, um diesen Herausforderungen gerecht werden zu können.

„Carbon neutral“ und Kreislaufwirtschaft mit geschlossenen Stoffströmen sind im Augenblick Vor­haben, welche in den nächsten 10-15 Jahren in unsere industriellen Prozesse vollständig integriert werden müssen. Dies muss in nur einem Zehntel der Zeit erfolgen, welche die Menschheit hatte, um die heutigen Prozesse zu entwickeln und zu optimieren. Die Anforderungen an moderne Mess­techniken und Sensorik sind, um in diesem Kontext entsprechende Beiträge liefern zu können, ent­sprechend hoch.

Die im November 2022 vorgelegte, vierte Technologie-Roadmap 2027+ ist wieder ein Gemeinschafts­werk von Anwendern, Herstellern und der Akademia und bündelt diese neuen Anforderungen in 19 alte und neue Thesen, welche den Bedarf an technologischer Entwicklung etwa bis zum Jahr 2027 wider­spiegeln. Die Roadmap liefert damit einen programmatischen Beitrag für die Transformation der Prozessindustrie und deren gesellschaftliche Akzeptanz.

Die Inhalte gliedern sich in fünf Themencluster, wobei Digitalisierung und Nachhaltigkeit über­greifende Kernthemen der künftigen Entwicklung sind und somit Effizienz- und Gewinnsteigerung als Treiber überholt haben bzw. als Unterthemen darin aufgegangen sind.

Allgemein zunehmende Anforderungen an Genauigkeit, Empfindlichkeit und Robustheit der Mess­technik und Software, sowie die immer wichtiger werdende Zustandsüberwachung und Selbstdiagnose erfordern zunehmend digitale Kommunikationsschnittstellen für Neu- und Bestandsanlagen.

Neue Produktionsprozesse und Applikationsfelder im Bereich der Nutzung nachwachsender Roh­stoffe sowie erforderliche Energieeinsparungen sind sehr wichtige, zusätzliche Einsatzgebiete der Prozessanalytik. Auch Bioprozesse werden eine immer größere Rolle spielen. Der zunehmend erforder­liche gesteigerte Einsatz von Messtechnik für rezyklierte oder nachwachsende Rohstoffe stellt wegen der hohen Variabilität dieser Stoffe neue Anforderungen an die Prozess-Sensorik.

Die Entwicklung neuer Messstrategien greift den schon seit vielen Jahren laufenden Prozess zur Übertragung von Laboranalysenverfahren in den Prozess auf, um Messergebnisse zeitnah aus dem Prozess zu erhalten. Dieser bereits länger andauernde Prozess wird sich weiter fortsetzen. Einweg-Sensoren werden eine zunehmende Rolle in der Biotechnologie bei Prozessen, welche in Einweg-Behältern stattfinden, spielen.

Die Nutzung digitaler Daten wird in der Digitalisierung eine zentrale Rolle spielen. Prozess-Sensoren werden aus diesem Grunde zunehmend „smart“ werden. Digitale Zwillinge der Sensoren werden bei der Planung neuer Messtechnik eine größere Bedeutung erhalten. Die Konfiguration und Para­metrisierung erfolgen dann bereits weit im Vorfeld der physischen Inbetriebnahme. Daraus ergeben sich neue Geschäftsmodelle für Anwender, Hersteller und Service-Provider. Die Anreicherung der Mess- und der Vitaldaten durch weitere interne und externe Daten, und deren Zusammenführung durch KI-Methoden, kann weitere Erkenntnisse, über die originären Sensor-Daten hinaus, zum Prozess selbst und zu Anlagenkomponenten generieren.

Um die Nutzung digitaler Daten durchgängig und nahtlos verfügbar zu machen, bedarf es eines übergreifend standardisierten Informationsmodells. Das dafür spezifizierte NOA Informationsmodell setzt auf PA-DIM^TM und OPC UA Definitionen auf und berücksichtigt auch Anforderungen an die Informationssicherheit. Dies öffnet den Zugang zur übergeordneten IT-Welt. Die Welten von OT und IT wachsen dadurch mehr und mehr zusammen. OT-Implementierungen können dabei Multi-Cloud Architekturen nutzen, für die Cloud- und Edge-Anteile genutzt werden können.

Die fünf Themencluster der Roadmap „Prozess-Sensoren 2027+“ (Quelle: Arbeitskreis)

Handlungsfelder

Die Roadmap definiert als Handlungsbereiche folgende Arbeitsfelder für die Weiterentwicklung der Prozess-Sensorik:

Hersteller:

Die Standardisierung von Vitalitätsdaten soll den nachhaltigen und zuverlässigen Betrieb der Mess­technik unter Zuhilfenahme der Digitalisierung effektiver und effizienter gestalten. Dazu muss das NOA-Konzept (NAMUR Open Architecture), welches der NAMUR- Arbeitskreis 3.6 gemeinsam mit dem ZVEI für die Analysentechnik erarbeitet hat, vollständig in die nächste Gerätegeneration einfließen.

Akademia:

Sehr frühe technologische Entwicklungen sollen in Zukunft unter Einbeziehung der Akademia (Universitäten, Hochschulen und Forschungseinrichtungen) erfolgen. Die Inhalte der vorliegenden Roadmap sollen Teil öffentlicher Förderprogramme werden, die diese Einbeziehung der Akademia ermöglichen sollen. Um den zukünftigen Herausforderungen gerecht zu werden, müssen sich die Anforderungen an die Ausbildung an den Hochschulen und Universitäten im Sinne eines übergreifenden, vernetzten Denkens verändern.

Anwender:

Anwender müssen entsprechende Testmöglichkeiten für die Zusammenarbeit mit den Geräte­herstellern und den Hochschulen für die in Entwicklung befindliche Sensorik zur Verfügung stellen. Die Digitalisierung erfordert eine Anpassung der Arbeitsabläufe bei den Anwendern wie zum Beispiel sensor- und messstellenspezifische Dashboards in der Fachabteilung und die Mitnahme von Tablets in Anlagen zur Unterstützung der täglichen Arbeit bei der Planung und des Betriebs von Sensorik und Messtechnik.

Die Technologie-Roadmap „Prozesssensoren 2027+“ könnt ihr hier herunterladen.

Leidenschaft für die PAT: Gesichter im AK PAT

post by Werner Worringen

Vorstand, erweiterter Vorstand und die in den Arbeitskreisen Aktiven im AK PAT arbeiten nun seit einem Jahr zusammen. Die jeweiligen Mitglieder wollen wir in einer lockeren Reihe vorstellen. Werner Worringen, seit 2017 im erweiterten Vorstand dabei, spricht mit ihnen.

Mitglied Felix Schlecht engagiert sich seit einigen Monaten im Kommunikationsteam des AK PAT.

Grund genug, ihn nach seiner Motivation und seinen Schwerpunkten zu befragen; hier ist zunächst seine Vita:

2021–2022 Master-Studium Prozessanalytik und Polymerchemie an der FH Reutlingen

2020  Bachelorabschlussarbeit bei der Firma InProcess Instruments, Bremen

2018–2020 Studium der Chemie an der FH Aalen, Abschluss als Bachelor of Science

2015–2018 Studium der angewandten Chemie an der FH Reutlingen

2012 Staatsexamen Rettungsassistent

2010 Ausbildung zum Rettungssanitäter

2008-2010 Ausbildung zum Chemisch-Technischen Assistenten

Felix, danke für deine Bereitschaft zu diesem Interview. Deine Vita sagt, du bist Masterstudent; womit beschäftigst du dich gerade?

Ich bin aktiv im Bereich des Prozess­analytik-Studiengangs an der Hoch­schule Reutlingen. Mein Arbeitsgebiet ist aktuell die Forschung im Rahmen des Master-Studiums an der Hoch­schule Reutlingen. Tatsächlich arbeite ich an einem PAT-Projekt im Rahmen unseres projektorientierten Lernens im Master-Studium. Es handelt sich dabei um ein Projekt zur Synthese von Biodiesel und des Inline- und Online-Monitorings mit unter­schiedlichen prozess­analytischen Messmethoden.

PAT-Forschung an der Hochschule Reutlingen; da ist es nicht weit zum AK PAT, da gibt es bestimmt bei dir Verbindungen zum Arbeitskreis. Was war für dich die Motivation Mitglied bei uns zu werden?

Da gibt es auf jeden Fall Verbindungen, und zwar insofern, dass der Leiter des Prozessanalytik-Instituts der Hochschule Reutlingen, Professor Rebner, selbst Mitglied im AK PAT ist und dort auch im erweiterten Vorstand war. Über ihn bin ich an die Mitgliedschaft gekommen. Ich habe für mich entschieden, ich möchte in diesem Arbeitskreis mit dabei sein, weil ich sehe, dass für die Industrie 4.0 und das Weiterkommen in der Klimaneutralität die Prozessanalytik immer wichtiger wird und ich auch einen Meilenstein setzen will für zukünftige Generationen.

Also, Mitglieder werben Mitglieder. Nun bist du Mitglied, aber das ist dir offenbar nicht genug? Du machst seit Kurzem mit im Kommunikationsteam.

Absolut richtig. Das Thema Kommunikation liegt mir eigentlich im Blut. Das rührt aber auch daher, dass ich in meiner vorherigen Zeit aktiv im Rettungsdienst unterwegs war, und zwar als Rettungs­assistent. Dort muss man sehr viel und klar kommunizieren mit Patientinnen und Patienten, dem medizinischen Personal und den Fachabteilungen und den eigenen Kollegen, und das unter Zeitdruck. Das ist auch ein Trialog, wie wir es so schön nennen. Das Thema Kommunikation ist auch bei der Prozessanalytik und beim AK PAT ein wesentlicher Punkt. Da geht es um das Vernetzen der unterschiedlichen Mitgliederinnen und Mitglieder und natürlich auch das Vernetzen der Expertinnen und Experten, um einen besseren Austausch untereinander zu generieren.

Wie stellst du dir das konkret vor?

Ich möchte mich zum einen im Bereich der Außendarstellung des AK PAT engagieren, d.h. ich möchte versuchen aktiv Mitglieder zu werben, natürlich auch an der Basis, sprich bei den Studentinnen und Studenten. Ich möchte den AK PAT vorstellen, neue Interessen wecken und ihnen die Scheu nehmen, Expertinnen und Experten aus diesem Arbeitskreis anzusprechen, wenn in ihren Projekten Fragestellungen auftreten, die allein nicht gelöst werden können. Oder das Interesse an neuen Themen fördern, die man eben auch im AK PAT austauscht. Ich möchte dabei mitwirken, eine größere Kommunikationsplattform zu gestalten, z.B. gerade jetzt, was den Internet-Auftritt anbelangt, aber auch die Fortführung des Mitgliederbereichs auf der LinkedIn-Seite.

Ja, vom Mitgliederbereich in LinkedIn versprechen wir uns einiges an unkompliziertem Austausch, schön dass du dich dort um den Anschub kümmern möchtest. Aber wie kommst du zu diesen Themen?

Wie ich zu meinen Themen komme? Ich komme darauf zum einen über die Kontakte hier im AK PAT, also z.B. den Matthias Rädle, mit dem ich mich sehr viel ausgetauscht habe. Aber natürlich auch, weil ich aktiv mitverfolge, auf LinkedIn beispielsweise, was der AK PAT so macht. Und natürlich auch damals über das Herbstkolloquium im Jahr 2020, wo ich aktiv mit dabei war und da digital mitverfolgt habe, was in der PAT so passiert und in welche Richtung z.B. auch das Thema Digitalisierung in der PAT zukünftig gehen wird.

Das passt gut, denn die Digitalisierung wird in Zukunft einer unserer Schwerpunkte in einer Ad-hoc-Arbeitsgruppe sein. Gibt es bei dir denn auch ein Lieblingsthema, das dir besonders am Herzen liegt, und das wir künftig in unserer Kommunikation finden werden?

Oh ja. Da fällt mir sofort ein Thema aus der letzten Mitgliederversammlung ein, in dem es darum ging, das Wissen bzw. die Studieninhalte zu reformieren an den HAWs und auch an den Universi­täten. Da ist mir sehr deutlich geworden, auch jetzt im Rahmen von unserem Studiengang, dass wir mittlerweile sehr zukunftsorientiert arbeiten und auch schon die Themen für die zukünftigen Generationen legen mit unseren Studieninhalten. Ich finde das ist ein relevantes Thema, das es weiter fortzuführen gilt. Tatsächlich habe ich auch schon als Projektleiter in einem Team zur Verbesserung der Lehre an der Hochschule mitgearbeitet. Da ging es in einem anderen Kontext um Lehrinhaltsverbesserungen. Ich könnte mir vorstellen, in diesem Bereich als Botschafter mitzuwirken.

Damit hätten wir für unsere Kommunikation auch einen Botschafter in unseren Kreisen.

Vielen Dank, lieber Felix, dass wir Dich näher kennenlernen durften. Ich freue mich auf die Zusammen­arbeit. Da die Kommunikation Dein Thema ist, werden wir bestimmt noch von dir hören.

Bericht zur EuroPACT 2021

Post by Justus Wöhl.

After having been postponed due to the worldwide pandemic once, the 5^th European Conference on Process Analytics and Control Technology (EuroPACT) was finally held in an online format from the 15^th to the 17^th of November.

Over the course of three days, 222 participants from all over Europe discussed the newest developments in process analytics and control technology, focusing on three different overarching topics: “Process Analysis in Real-World Manufacturing”, “From Data to Process Monitoring, Control and Optimization” and “Novel PAT and Instrumental Technologies”.

Before the actual start of the conference, interested attendees could take part in an interactive nanoPAT workshop. This workshop introduced the NanoPAT project as well as teach the basics of the three real-time process analytical technologies. Potential application cases for these techniques were interactively discuss.

The conference started with a short introduction into the program and the platform used for the online conference. Even though almost every speaker expressed at some point that it would be nice to meet and talk in person, everyone seemed quite comfortable with the online format – probably thanks to a lot of experience gained since the start of the pandemic with all kinds of video conferences. Sitting in front of your computer does obviously not create the same feeling like being all together. However, the familiar and relaxed atmosphere that is omnipresent in the conferences organized by the AK Prozessanalytik could also be experienced during the EuroPACT, making one at time forget almost that this is all “just” online.

The conference kicked off with a plenary lecture held by A. Bilgic about the eight-fold path from data to knowledge and how to overcome the occurring challenges on that way. The first day was concluded by two parallel PAT training sessions about PAT in the food industry and intelligent PAT systems.

Over the course of the following two days eight keynote lectures were held, addressing diverse, current topics in PAT. The talks ranged from more broader topics, like how to make better use of measurement information (S. Engell), how to effectively use the data in process control (A. Mitsos), , to more specific topics regarding new developments for (smart) PAT equipment (B. Lendl, C. Caminada, L. Urbas) or the role and challenges of PAT in different industries (E. Skibsted, C. Kradjel).

On top of that, a total of 27 lectures distributed on eight different sessions gave interesting inside looks into ongoing research on a variety of different PAT-related topics. Between the talks refreshing breaks in form of established and new formats gave opportunities to network and discuss these new developments in PAT. Highlights were the popular poster and exhibitor/sponsor short presentations that were followed by fruitful and interesting discussions with the presenters.

Judging from the talks, posters and discussions, different forms of spectroscopy seem to solidify their status as a standard tool for the online analysis in complex systems. Furthermore, machine learning methods are developing from their state as a promising new tool to becoming more and more commonly used in many of the presented approaches.

New formats like the “EuroPACT Speed Dating” gave excellent opportunities to network and discuss with attendees from sometimes completely different fields and seemed to be well liked by the participants. Besides that, in a student meet & greet and discussion rounds the attendees could discuss and network in a relaxed atmosphere.

Also this time, the German Working Group „Prozessanalytik“ in cooperation with Siemens awarded the 7th Siemens Process Analytics Prize for an outstanding publication in the field of Process Analytics.  Rodrigo Rocha de Oilveira (Universitat de Barcelona) won the price and presented his publication with the title “Design of Heterogeneity Indices for Blending Quality Assessment Based on Hyperspectral Images and Variographic Analysis” (published in ACS publications) in a short pitch.

Furthermore, prices for the best three posters were awarded. Luise Kaven (RWTH Aachen) with the poster “Transfer of In-Line Raman Spectroscopy in Precipitation Polymerization from Batch to Flow Reactor” and Jess Andrews (CPI – Centre for Process Innovation) with the poster “Digital tools for the optimization of real time process analytics and control technologies” both won the third place. Marko Simic (University of Graz) won the second place with the poster “Optofluidic Force Induction Scheme for the Characterization of Nanoparticle Ensembles”. Justus Wöhl (RWTH Aachen) won the first price with his poster “UNMASK the spectral features from complex background signals using Indirect Hard Modeling”.

We congratulate all winners once more.

We are looking forward to the next meeting of the community during the upcoming Euro-PACT in 2023 and this time (hopefully) in person in Copenhagen.

Mit Spannung erwartet: Die neue Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 2027+“

Ein Beitrag von Werner Worringen

Regelmäßig wird federführend durch die NAMUR ein Thesenpapier über die erwartete zukünftige Entwicklung im Bereich Prozess-Sensoren erarbeitet.

Die jetzt erschienene vierte Ausführung ist wieder ein Gemeinschaftswerk von Anwendern, Akademia und Herstellern. Sie bündelt in 19 Thesen alte und neue Anforderungen und spiegelt erwartete und gewollte technologische Entwicklungen. Damit liefert sie einen wichtigen Beitrag für die Transformation der Prozessindustrie und damit auch deren gesellschaftliche Akzeptanz.

Abbildung: Die fünf Thesencluster der Roadmap „Prozess-Sensoren 2027+“ (Quelle: Arbeitskreis)

Sie beleuchtet die vorangegangenen Technologie-Roadmaps: „Prozess-Sensoren 2005-2015“, „Prozess-Sensoren 2015+“ und „Prozess-Sensoren 4.0“ bezüglich der Gültigkeit der darin getroffenen Aussagen und entwickelt diese weiter.

Dabei wurden auch aktuelle Entwicklungen in der Verfahrenstechnik und auch neue Anwendungsfelder aus der biotechnologischen Pharmazie wie die Zell- und Gentherapie. Die neuesten Entwicklungen aus dem Bereich der Digitalisierung nehmen einen hohen Stellenwert ein. Z.B. sollen bisher im Kommunikationsdschungel untergegangene Vitaldaten der Sensoren für Smart Maintenance nutzbar gemacht werden.

Die Roadmap Prozess-Sensoren 2027+ wird sehr konkret und bleibt praxisnah. Die zahlreichen Technologie- und Anwendungsfelder werden durch Use Cases und Nutzenbetrachtungen belegt, die sehr deutlich aufzeigen, mit welchen konkreten Maßnahmen welche konkreten Verbesserungen zu erwarten sind. Das Spektrum dieser Optimierungen ist vielfältig. Neben den erwarteten Kosteneinsparungen dreht es sich u.a. auch um Auswirkungen auf die Sicherheit durch mehr und dichtere Informationen, höhere Flexibilität in den Prozessen, Fähigkeiten und Motivation der Bediener, Weiterbildungsmöglichkeiten.

Die Felder notwendiger Standardisierung werden aufgezeigt, damit im Rahmen der Möglichkeiten moderner Digitaltechnik die Informationen möglichst barrierefrei genutzt werden können.

Damit wird auch verdeutlicht, dass nicht nur die Systeme barrierefrei arbeiten sollen, sondern vor allem auch die beteiligten Bereiche in Zukunft näher aneinanderrücken müssen: Sensorspezialisten, OT-/Prozess-Verantwortliche, IT-Spezialisten.

Über den Lebenszyklus der Systeme und Sensoren betrachtet gilt dies vor allem aber auch für Forscher, Anwender und Hersteller. Dazu gibt es einen klaren Aufruf der Roadmap unter „Handlungsfelder und Ausblick“. Da fühlen wir uns als AK PAT mit unserem seit Langem gelebten Trialog von Akademia, Anwendern und Herstellern doch gut für die Zukunft aufgestellt.

Wer einen schnellen Überblick über die von den Autoren erwartete Entwicklung bei den Prozess-Sensoren haben möchte, dem sei ein Blick auf die Zusammenfassung der Thesen (Punkt 6) empfohlen.

Die Roadmap kann hier kostenfrei heruntergeladen werden.

Eindrücke vom Treffen des erweiterten Vorstands des AK PAT bei tec5 am 25./26.11.2021

Post by Stephanie Schlappa

Die Sitzung des erweiterten Vorstandes fand vom 25. – 26.11.2021 als Hybridveranstaltung in den Räumen der tec5 AG und digital über das Internet statt. Durch die Auslegung als Hybridveranstaltung konnten alle Mitglieder des erweiterten Vorstandes teilnehmen, ob in Präsenz oder aus dem HomeOffice, und dabei dennoch die Covid-19-Regeln einhalten.

Der Donnerstag startete, nach Begrüßung durch den Vorstandsvorsitzenden Maik Müller von der tec5 AG, mit einem entspannten Quick Lunch und Ge­sprächen über die aktuelle Corona-Situation, die natürlich alle beschäftigte. Matthias Rädle hatte für den Konferenz­raum einen ProxiCube mitge­bracht, der die Luftqualität anhand der CO₂– und Aerosolkonzentration misst und optische Signale gibt, sobald die Luft im Konferenz­raum zu schlecht wurde, sodass die Fenster zum Lüften geöffnet wurden. Nach ausgelassenen Dis­kussionen über das Mess­prinzip (da kommen die PATler:innen in uns durch) und die Sinnhaftigkeit dahinter begann die eigentliche Sitzung des erweiterten Vorstands.

Es wurde eifrig aus den einzelnen Arbeitsgruppen berichtet; besonderer Fokus wurde hierbei auf die vor kurzem stattgefundene EuroPACT2021, die Außendarstellung des AK PAT sowie die Mitglieder­gewinnung gelegt. Es wurde fest­ge­halten, dass der AK aktiver auf der Plattform LinkedIn in Inter­aktion mit den Mitgliedern gehen möchte, um präsente, akute Themen und Frage­stellungen im AK besser aufgreifen zu können.

Mit den Berichten aus den einzelnen Ad-hoc-Arbeitsgruppen wurde jeweils ein One-Pager zu Themen wie Fortbildungskonzepte in der PAT, intelligente PAT, PAT Anwendungs­szenarien und weiteren Themen vorgestellt. Mit diesen One-Pagern sollen die Mitglieder im AK PAT über geplante Aktionen informiert und zur Mitarbeit in den Ad-hoc-Arbeitsgruppen motiviert werden. Zurzeit werden noch Mitarbeitende an Themen wie Mitgliedergewinnung, Außendar­stellung und für das Erstellen von verschiedenen White Papern gesucht. Interessierte können sich unter folgendem Link melden:                                           vorstand@arbeitskreis-prozessanalytik.de

Als Highlight des ersten Arbeitstages wurde eine Fortbildungsreihe von und für PATler angekündigt. Diese wird voraussichtlich im Herbst 2022 stattfinden und sich an Themen wie PAT 4.0, NOA und weiteren Fragestellungen orientieren.

Nach produktiven Stunden der Vorstandssitzung und häufigem Lüften wurde die Sitzung beendet und zum Abendessen ging es zu einem gemütlichen Italiener in der Innenstadt von Kronberg im Taunus, wo auch das Hotel für die angereisten Gäste bezogen wurde. Neben Pizza, Pasta und Salat gab es auch den ein oder anderen Wein, ein leckeres Pils oder sogar den heimischen Apfelwein.

Nach einer erholsamen Nacht im sehr ruhigen Hotel ging es zurück an die Arbeit und es wurde noch einmal über anstehende Veranstaltungen, Termine und anstehende Projekt-Ausschreibungen diskutiert.

Beim abschließenden Gastvortrag von Frank Grümbel aus dem AK 3.6 der NAMUR über die Bedeutung der Digitalisierung in der PAT, NAMUR Open Architecture und aktuellen Entwicklungszielen der NAMUR-Arbeitskreise kam die Runde zu einem angenehmen und fruchtbaren Austausch und zu einem Abschluss der erweiterten Vorstandssitzung.

Der abschließende Rundgang durch die tec5 AG zeigte, wie vielseitig das Portfolio der Firma ist, und dass deren Geräte unter anderem sowohl in Hochleistungs-Laboratorien sowie auf dem Feld in der Landwirtschaft zu finden sind.

Vielen Dank für die Gastfreundschaft, die angeregten Diskussionen und die interessante Werksführung.

Leidenschaft für die PAT: Neue Gesichter im erweiterten Vorstand

Vorstand und erweiterter Vorstand im AK PAT – Arbeitskreis Prozessanalytik – haben sich am Anfang des Jahres neu formiert. Die Mitglieder – neu oder nicht – wollen wir in einer lockeren Reihe vorstellen. Werner Worringen, seit 2017 im erweiterten Vorstand dabei, spricht mit ihnen.

Roland Hass von der BASF Schwarzheide ist seit Anfang 2021 Mitglied im erweiterten Vorstand. Hier ist in kurzer Form seine Vita:

Studium der Chemie und Promotion an der Universität Potsdam zum Thema Angewandte Photonendichtewellen (PDW) Spektroskopie
Arbeiten im Bereich der Inline-Partikel-Charakterisierung bei Mettler Toledo
Übernahme der Leitung der Arbeitsgruppe Angewandte Analytische Photonik am Zentrum für Innovationskompetenz innoFSPEC in Potsdam.
Seit 2019 Leitung der Fachstelle für Prozessanalysentechnik der BASF Schwarzheide GmbH Nebenberuflich leitet er das Unternehmen PDW Analytics GmbH, einer Ausgründung der Universität Potsdam mit dem Ziel des Transfers der PDW Technologie.

Roland, wir freuen uns, wieder jemanden von der BASF im erweiterten Vorstand zu haben. Was hat Dich motiviert, beim AK PAT mitzumachen?

Ich glaube, das ist ein klasse Forum im deutsch­sprachigen Raum, gerade mit dieser Idee des Trialogs. Davon bin ich sehr begeistert. Hoch­spezifische technologische Anwendungen für herausfordernde Fragestellungen – das geht nur zusammen mit einem Geräteentwickler. Aus meiner Sicht gibt es bei den großen Unternehmen der Prozessindustrie eine gar nicht mehr so starke F&E-Aktivität in Richtung Messtechnik-Entwicklung. Hier müssen Messtechnik-Spezialisten Hand in Hand mit Anwendern arbeiten und darüber hinaus akademischen Input hinzuziehen. Meiner Meinung nach geht das nur mithilfe des Trialogs. Ich finde es eben richtig klasse, dass dies im AK PAT auch genauso aufgesetzt ist, mit der Vorstellung, dass alle drei gleichberechtigt miteinander reden. In manch anderen Communities gibt es so ein bisschen den Tenor, dass Gerätehersteller dort ihre Produkte ausstellen dürfen, aber sonst nicht so viel zur Interaktion beitragen. Mir gefällt es im AK PAT sehr gut, dass die Herstellerseite direkt eingebunden ist.

Das aus dem Munde eines Anwenders. Offener Austausch bringt Neues zustande. Apropos Anwender, was ist Dein Arbeitsgebiet bei der BASF?

Ich leite in Schwarzheide die Fachstelle für Prozessanalysentechnik, d.h. wir kümmern uns um die PAT am Standort Schwarzheide. Wir sind ein kleines, schlagkräftiges Team und betreuen ca. 1000 Messstellen. Gut die Hälfte vom Team ist mit Wartung und Instandhaltung beschäftigt und der kleinere Teil mit Engineering, also mit der Planung und Implementierung neuer Messstellen, die dann natürlich auch durch die Instandhaltung betreut werden. Dank der am Standort laufenden Investi­tions­projekte kommt hier auch viel neue PAT zum Einsatz. Und das macht natürlich Spaß, am Aufbau mit beschäftigt zu sein, wenn neue PAT das Licht der Welt erblickt. Wobei natürlich auch eine ganze Reihe Messstellen für bestehende Fragestellungen durchstandardisiert und mit ent­sprechender Standard-Messtechnik ausgestattet sind.

Die PAT ist so dynamisch; es gibt immer wieder neuartige Analyseverfahren, empfindlichere Ver­fahren oder betriebsrobustere Geräte. Du hast das ja auch schon vermittelt, z.B. gerade jetzt auf dem Doktorandenseminar und auch auf dem Kolloquium im letzten Jahr.

Ich finde das unglaublich wichtig. Gerade auch weil die PAT an sich ja kein Ausbildungsthema ist. Im Studium werden eigentlich keine spezifischen Vorlesungen oder Praktika zur PAT angeboten, außer vielleicht an der Hochschule Reutlingen. Auch in der Analytik-Ausbildung wird PAT nicht als Themen­feld behandelt. Umso wichtiger ist es, dass wir PATler versuchen, die Bedeutung der PAT nach außen zu tragen und den Nachwuchs motivieren, sich mit dem Thema PAT und ihrer Weiterentwicklung zu beschäftigen. Hierzu gehört auch zu kommunizieren, welche Baustellen uns aktuell beschäftigen. Ganz klar auch mit dem Ziel, den Nachwuchs zu motivieren, Herausforderungen anzunehmen und sich ins (PAT)-Zeug zu legen.

Das ist ein Bereich, in dem der AK PAT sehr gut wirken kann, weil es bei uns das gemeinsame Interesse für die PAT gibt. Das gilt für den Trialog, aber z.B. auch für das Weiterbildungsprogramm. Oder für den Austausch der Doktoranden untereinander. Nachwuchskräfte gehen auch in Richtung der Gerätehersteller und sie müssen natürlich genauso wissen, mit welchen Themen sich Anwender beschäftigen. Hier ist also wieder der Trialog wichtig.

Hast Du Dir bestimmte Schwerpunkte vorgenommen, wo Du sagst „Das möchte ich im erweiterten Vorstand gerne aktiv mit vorantreiben“?

Für mich ist die Nachwuchsförderung sehr wichtig. Ich motiviere meine Studenten, an den Doktoranden-Tagungen teilzunehmen und bin dort auch selbst gerne präsent. Ich habe mich bereiterklärt, mich in der Organisation des nächsten AK PAT-Kolloquiums zu engagieren. Aber was mich derzeit grundsätzlich umtreibt, ist das Voranbringen von Connectivity-Themen im Bereich der PAT. Vereinfacht also die Nutzbarmachung von Zusatz- bzw. Meta-Daten, die wir sowieso schon generieren, aber bisher gar nicht weiterführen, also sozusagen ignorieren. Hier können wir als PAT-Community versuchen aktiv zu gestalten.

Weiterbildung und Digitalisierung, also ein Thema in Richtung Menschen und eines in Richtung Technik. Gleichzeitig sind das aber auch zwei der Schwerpunktthemen im AK PAT. Vielen Dank, dass Du Dir die Zeit für dieses Interview genommen hast.