Intelligente Infrastruktur für das Daten-Management in Automatisierten Chemischen Hochdurchsatz-Prozessen (I²DACH)

Die Lack- und Farbenindustrie ist in einer Umbruch- und Anpassungsphase aufgrund einer verstärkten Nachfrage nach umweltverträglichen Produkten. Innovative klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) müssen daher ihre Produkte kontinuierlich an neue Anforderungen und gesetzliche Regelungen anpassen. Die bisher üblichen langen Entwicklungszeiten sind aufgrund der Wettbewerbssituation nicht mehr möglich. Zudem ist auch in der chemischen Industrie die Digitalisierung (Industrie 4.0) ein entscheidender Faktor beim Übergang zu einer nachhaltigen und wettbewerbsfähigen Zukunft (Chemie 4.0). Viele Unternehmen, insbesondere KMU, scheuen die Investitionen in entsprechende Technologien nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen der Kompetenzen, die in den Bereichen Datenanalyse und Anlagensteuerung notwendig sind. Diese Kompetenzprofile sind häufig in den klassischen Industrie- bzw. Chemie-Unternehmen nur wenig vorhanden.

Das Projekt I²DACH zielt darauf ab, standardisierte Verfahren zur Formulierung, Applikation und Charakterisierung von Farben und Lacken zu entwickeln und diese auf einer Hochdurchsatz-Anlage umzusetzen und durch den Einsatz von Machine Learning soll die Entwicklungszeit für neue Farben und Lacke verkürzt werden. Üblicherweise werden bei der Entwicklung viele verschiedene Rezepturen erprobt. Mit einem gezielterem Vorgehen bei der Versuchsplanung (Design of Experiment) sollen chemische Rohstoffe eingespart werden. Durch automatisierte Anlagen für die Formulierung, Applikation und Charakterisierung von Farben und Lacken werden Entwicklungsprozesse erheblich verkürzt. Diese Punkte führen zu Einsparungen bei den Unternehmen und machen nachhaltige Lackprodukte schneller am Markt verfügbar. Die Entwicklung einer automatisierten Anlage zur selbständigen Versuchsplanung auf Basis von Machine Learningist technisches Neuland, nicht nur in der Chemie. Für die Umsetzung eines Digitalen Zwillings für die Chemie 4.0 ist ein umfassender Ansatz erforderlich, in dem das Prozesswissen der Chemie, die Datenanalyse und die automatisierte Steuerung integriert werden. 

Das Projekt baut auf eine enge Verzahnung der Mitarbeiter für die Bereiche Chemie, Automatisierung und Data Science. Durch eine agile Vorgehensweise unter Einbindung der Unternehmenspartner werden die Arbeitsaufgaben kontinuierlich an die aktuellen Entwicklungen angepasst. Frühe prototypische Implementierungen bzw. Lösungsansätze in den drei Teilbereichen sollen sicherstellen, das die Projektziele der jeweiligen Fachdisziplin erreicht werden. Die Integration der Teillösungen wird durch die gesetzten Meilensteinen und den stetigen Austausch der Mitarbeitenden sichergestellt. Ein Proof-of-Concept soll bereits zu Monat 24 Erkenntnisse liefern, die dann kontinuierlich zu einem Demonstrator bzw. Prototyp weiterentwickelt werden.

Das Projekt richtet sich primär an KMU in der Farben- und Lackindustrie, die grundlegenden Konzepte zur Automatisierung, Machine Learning und Daten-Management können aber auch in anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Die an der Hochschule entwickelten Ergebnisse werden unmittelbar auch in der Lehre eingesetzt, indem Studierende als Hilfskräfte oder auch in Rahmen von Abschlussarbeiten am Projekt mitarbeiten können. Die gewonnenen Erkenntnisse werden von den Projektbeteiligten auch in ihre Lehrveranstaltungen übertragen.
Die Gesellschaft profitiert generell von einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Vorgehensweise bei der Entwicklung neuer Farben- und Lackrezepturen.