KI-Lösungen · Use Case

Chemische Produktionsprozesse in Echtzeit optimieren

Evonik erprobt gemeinsam mit Imubit den Einsatz von Deep Learning Process Control an einem Produktionsstandort in Singapur. Ingenieure und Leitstandteams nutzen nichtlineare Prozessmodelle im Open-Loop-Betrieb, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Dabei werden Zielkonflikte zwischen Durchsatz, Ausbeute, Energieeffizienz und Katalysatorlebensdauer quantifiziert.

In der Spezialchemie entscheiden feine Nuancen über Energieeffizienz und Katalysatorverschleiß. Evonik evaluiert in Singapur ein Deep-Learning-Framework im Open-Loop-Betrieb, um komplexe Trade-offs im laufenden Werkseinsatz transparent zu quantifizieren.

Worum es geht

In kontinuierlichen chemischen Produktionsanlagen stehen Betriebsteams vor der Herausforderung, komplexe Zielkonflikte zwischen Durchsatz, Produktausbeute, Prozessstabilität und Energieeinsatz auszubalancieren. Das Spezialchemieunternehmen Evonik testet an seinem Werk in Singapur das Deep Learning Process Control Framework von Imubit im Rahmen eines Open-Loop-Pilotprojekts. Auf Basis historischer und aktueller Betriebsdaten werden nichtlineare, datengetriebene Prozessmodelle trainiert, die das reale Anlagenverhalten und operative Restriktionen abbilden. Ingenieure und Operateure erhalten dadurch modellbasierte Einblicke und können What-if-Szenarien direkt für ihre operative Betriebsstrategie nutzen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der transparenten Analyse der Katalysatoralterung unter dynamischen Betriebsbedingungen. Die im laufenden Betrieb gewonnenen Erkenntnisse dienen dem Aufbau verlässlicher Performance-Baselines für künftige Technologieentscheidungen.

Einordnung

  • Reifegrad: Emerging
  • Komplexität: Hoch
  • Technologie: Deep Learning Process Control (DLPC), Nichtlineare Prozessmodellierung, Maschinelles Lernen

Typische Einsatzmuster

  • Betriebsingenieure kalibrieren nichtlineare Prozessmodelle anhand historischer Anlagendaten, um das physikalisch-chemische Verhalten der Reaktoren präzise nachzubilden.
  • Operateure im Leitstand prüfen modellbasierte What-if-Szenarien, bevor sie manuelle Anpassungen an Sollwerten für Durchsatz und Temperatur vornehmen.
  • Das Prozessteam analysiert Schicht für Schicht die Echtzeitdaten zur Katalysatoralterung, um Instandhaltungsintervalle und Fahrweisen optimal zu koordinieren.

Voraussetzungen

  • Eine konsistente Erfassung hochfrequenter Prozessdaten aus der laufenden Chemieanlage ist zwingend erforderlich, um valide Deep-Learning-Modelle zu trainieren.
  • Ein engmaschiger Open-Loop-Ansatz muss sicherstellen, dass Operateure alle KI-Empfehlungen vor der Ausführung fachlich prüfen und autorisieren.
  • Verfahrenstechniker und Schichtpersonal müssen eng kooperieren, um betriebliche Restriktionen und reale Randbedingungen korrekt im Modell abzubilden.

Nutzen

Für Unternehmen

  • Quantifizierung operativer Zielkonflikte zwischen Durchsatz, Ausbeute, Stabilität und Energiekosten
  • Aufbau fundierter Performance-Baselines für zukünftige Automatisierungs- und Technologieentscheidungen
  • Erhöhte Transparenz über den Zustand und die Lebensdauer kritischer Katalysatoren im laufenden Betrieb
  • Engere datenbasierte Abstimmung zwischen Prozessingenieuren und Schichtleitungen

Für Beschäftigte

  • Objektive datengestützte Entscheidungshilfe bei komplexen Betriebszuständen im Leitstand
  • Simulationsmöglichkeit von What-if-Szenarien vor dem manuellen Eingriff in Prozessparameter
  • Schichtübergreifendes einheitliches Verständnis über nichtlineare Wechselwirkungen der Gesamtanlage
  • Entlastung von rein intuitiven Steuerungsentscheidungen unter dynamischen Markt- und Betriebsbedingungen

Für Privatpersonen

  • Indirekter Beitrag zu ressourceneffizienter hergestellten chemischen Vorprodukten des täglichen Bedarfs
  • Höhere Versorgungssicherheit bei kritischen chemischen Grundstoffen durch stabilere Produktionsprozesse
  • Förderung einer nachhaltigeren industriellen Wertschöpfung durch optimierten Energieeinsatz

Herausforderungen

Für Unternehmen

  • Validierung komplexer nichtlinearer Deep-Learning-Modelle unter extrem dynamischen industriellen Randbedingungen
  • Sicherstellung einer hohen Datenqualität und lückenlosen Sensorik im kontinuierlichen Chemieanlagenbetrieb
  • Schnittstellenintegration zwischen KI-Beratungsframework und bestehenden Prozessleitsystemen
  • Klare Definition von Performance-Metriken im Pilotstadium ohne vorab garantierte Produktivitätsgewinne

Für Beschäftigte

  • Notwendigkeit zum Aufbau von Vertrauen in die Empfehlungen datengetriebener Black-Box-Modelle
  • Erhöhter Lernaufwand für das Verständnis von What-if-Szenarien im Leitstandbetrieb
  • Verantwortungsabwägung beim manuellen Übernehmen von modellbasierten Handlungsvorschlägen
  • Gefahr von Reibungsverlusten zwischen bewährter Praxiserfahrung und KI-gestützten Optimierungsstrategien

Für Privatpersonen

  • Mangelnde Transparenz für Endverbraucher über den Einsatz von KI-Verfahren in chemischen Vorstufen
  • Hohes Sicherheitsbedürfnis der Öffentlichkeit hinsichtlich der Stabilität KI-gestützter Chemieanlagen
  • Mögliche Vorbehalte gegenüber automatisierten Analysen in sicherheitskritischen Großproduktionsstätten

Wirkung

Klassische Prozessführungssoftware und lineare Regelalgorithmen stoßen an ihre Grenzen, wenn chemische Reaktionen stark nichtlineare Dynamiken und sich schleichend verändernde Randbedingungen wie Katalysatoralterung aufweisen. Deep-Learning-basierte Prozessmodelle können diese hochdimensionalen Zusammenhänge direkt aus den kontinuierlichen Betriebsdaten lernen und valide What-if-Szenarien bereitstellen, die mit starren Formeln oder simplen Wenn-Dann-Regeln nicht abbildbar sind.

Für Unternehmen

Spezialchemiehersteller sichern sich Wettbewerbsvorteile, indem sie modernste KI-Methoden wie DLPC direkt im realen Produktionsumfeld erproben und Betriebsstrategien schneller an veränderliche Marktbedingungen anpassen als traditionell gesteuerte Wettbewerber.

Die datengetriebene Quantifizierung von Zielkonflikten ermöglicht es Industrieunternehmen, teure Energieverbräuche und Katalysatordegradationen exakter mit dem Produktionsdurchsatz abzuwägen. Durch belastbare Performance-Baselines können Investitionen in weitergehende Regelungs- und Automatisierungssysteme risikofrei evaluiert werden.

Das Zusammenspiel zwischen verfahrenstechnischen Innovationsabteilungen und dem Leitstandpersonal wird durch einheitliche Datenmodelle gestärkt, wodurch manuelle Abstimmungsprozesse und Schichtübergabeprobleme reduziert werden.

Für Beschäftigte

Schichtmannschaften und Betriebsingenieure erhalten verlässliche Entscheidungshilfen für komplexe Anlagenzustände, was die mentale Belastung bei schwierigen Trade-off-Entscheidungen senkt. Der Mensch behält im Open-Loop-Betrieb die volle operative Kontrolle.

Die Tätigkeit im Leitstand wandelt sich von der rein reaktiven Überwachung einzelner Messstellen hin zur strategischen Steuerung übergeordneter Produktionsziele auf Basis prädiktiver Analysen.

Operateure entwickeln Kompetenzen im Umgang mit What-if-Analysen und lernen, nichtlineare KI-Modelle kritisch mit verfahrenstechnischem Erfahrungswissen zu verknüpfen.

Für Privatpersonen

Endverbraucher nehmen optimierte chemische Prozessketten primär über stabile Lieferketten und eine nachhaltigere Bereitstellung industrieller Grund- und Wirkstoffe wahr.

Die ressourcenschonende und energieeffizientere Produktion chemischer Basisstoffe trägt zum verantwortungsvollen Umgang mit industriellen Ressourcen bei.