Hintergrund

Der digitale Transformationsprozess durchdringt zunehmend alle Bereiche unserer Gesellschaft und wird tiefgreifende Veränderungen mit sich bringen. In der Industrie werden gewohnte, vertraute Vorgehens- und Arbeitsweisen ausgehebelt, wodurch neue Geschäftsmodelle und -abläufe entstehen (Industrie 4.0). So wird u.a. erwartet, dass sich die heute noch überwiegend linearen, fest verorteten Produktionsabläufe zu modularen, hoch flexiblen und dezentralen Produktions- und Dienstleistungsnetzwerken weiterentwickeln werden. Damit einhergehend können neue Arbeitsteilungen und Spezialisierungen sowie Wertschöpfungsprozesse und Geschäftsmodelle entstehen.

Bei den aktuellen Forschungsarbeiten zu Industrie 4.0 werden Umweltaspekte in der Regel nur am Rande betrachtet und beschränken sich zumeist auf Material- oder Energieeffizienz und deren vorrangiger Betrachtung aus ökonomischer Sicht. Nicht zuletzt dadurch sind Potentiale der Industrie 4.0 für den Umweltschutz und das betriebliche Umweltmanagement noch weitgehend unerschlossen. Gesehen werden mögliche Potenziale u.a. in einem deutlich verbesserten, vereinfachten und kostengünstigeren, weil automatisierten, Umweltdatenmanagement, im Optimalfall entlang der gesamten Wertschöpfungskette, vom Rohstoffabbau bis zum Recycling. Dies kann die Implementierung von Umweltmanagementsystemen und die betriebliche Berichterstattung inklusive Dokumentationspflichten erheblich erleichtern, sowohl industrie- als auch behördenseitig. Von zentraler Bedeutung ist hierfür die digitale Erfassung von Umweltdaten in Echtzeit, die eine schnelle Optimierung von Prozessen sowie eine intelligente und flexible Steuerung von Umweltmanagementsysteme und relevanter Betriebsabläufe ermöglicht.

Da in den nächsten fünf Jahren wesentliche Weichenstellungen bei der Technologie- und Standardentwicklung antizipiert werden, ist es von entscheidender Bedeutung, bereits jetzt grundlegende Vor- und Zuarbeiten für eine umfassende Verankerung von Umweltaspekten und Umweltdaten in einer Industrie 4.0 zu leisten.

Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund zielt das Forschungsvorhaben darauf ab, eine Grundlage für die Nutzung der Potentiale einer Industrie 4.0 für die Umwelt zu schaffen. Der Fokus liegt auf der Ermittlung und Systematisierung grundlegender umweltbezogener Daten und dazugehöriger Datenströme in industriellen Produktionsprozessen.

Der überwiegende Fokus liegt dabei auf:

• Fertigung und Logistikprozesse im Betrieb
• Kopplung/Vernetzung mit weiteren Prozessen im Betrieb, wie der Abgas- und Abwasserreinigung
• horizontale und außerbetriebliche Vernetzung mit Vorketten und -produkten und den der Produktion nachgeschalteten Schritte über die Nutzungsphase bis zur Entsorgung

Die ermittelten Daten werden hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit in Industrie 4.0-Systemen, ihrer Kompatibilität mit den entsprechenden Modellen (z.B. RAMI 4.0, Verwaltungsschale) sowie ihrer Nutzbarkeit für automatisierte Umweltanalysen und -bewertungen untersucht. Dabei werden auch vorhandene und ggf. erforderliche Schnittstellen ermittelt. Zudem werden Hemmnisse und Chancen hinsichtlich einer vollständigen und effizienten Interoperabilität zwischen den internen Betriebsbereichen, sowie vor- und nachgelagerten Akteuren entlang der Wertschöpfungskette und damit verknüpften Daten, Prozessen und Systemen eruiert.

Bei der Erarbeitung entsprechender Konzepte sollen bereits bestehende Lösungen und Datenmanagementsysteme berücksichtigt werden. Zudem sollen erste Lösungsansätze in Zusammenarbeit mit Unternehmen auf ihre Praxistauglichkeit überprüft werden.

Fünf digitale Daten-Ketten bzw. Informationsflüsse werden analysiert, darunter ein Beispiel zu „Traceability“, der durchgehenden digitalen Nachverfolgbarkeit von Stoffen (Rohstoffe, Wertstoffe, Schadstoffe, u.a.). Die Analyse umfasst ganze Prozessketten bzw. Produktlebenszyklen. In zwei Praxistests sind konkrete, selbst entwickelte Lösungsansätze zu konzeptionieren, zu überprüfen und gegebenenfalls weiter zu entwickeln, um Hindernisse wie Datenlücken, fehlende Interoperabilität, u.Ä. zu überwinden.

Die Bewerbung zur Teilnahme an den Praxistest steht allen Unternehmen – auch gerade Unternehmen mit bisher reduziertem Industrie 4.0 Wissensstand – offen. Deren Benefit ist ein über dieses Projekt entwickeltes unternehmensspezifische Konzept zur Einführung bzw. Ausbau von Industrie 4.0.

Projektpartner

• Ramboll Deutschland GmbH, Ramboll Management Consulting GmbH
• MR PlanFabrik GmbH

Projektförderung

Umweltbundesamt (UBA)

Projektlaufzeit

30 Monate (06/2019-12/2021)