Herr Dr. Caspari, lassen Sie uns mit einer grundlegenden Einordnung beginnen: Wo endet klassische Automatisierung – und wo beginnt Advanced Process Control?
Dr. Adrian Caspari: Die klassische Automatisierung stößt dort an Grenzen, wo Prozesse stark gekoppelt, dynamisch und von mehreren Zielgrößen gleichzeitig geprägt sind. In der Prozessindustrie arbeiten wir in der Basis häufig mit PID- und Kaskadenregelungen, die sehr zuverlässig einzelne Regelgrößen stabilisieren. APC setzt darüber an: als zusätzliche, überlagerte Ebene, die physikalische, empirische oder datenbasierte Prozessmodelle nutzt, um mehrere Einfluss- und Zielgrößen gleichzeitig zu berücksichtigen.
Der entscheidende Unterschied ist die Vorausschau. Ein zentrales APC-Verfahren ist die modellprädiktive Regelung. Sie prognostiziert das erwartete Prozessverhalten über einen definierten Zeithorizont und berechnet daraus fortlaufend eine optimale Stellstrategie unter Berücksichtigung technischer und betrieblicher Restriktionen.
Das klingt nach einem deutlichen Schritt in Richtung autonomer Betrieb. Welche Rolle spielt APC in diesem Kontext?
Dr. Adrian Caspari: Autonome Prozessführung ist keine Einzellösung, sondern das Ergebnis des Zusammenspiels mehrerer Ebenen. Das Prozessleitsystem bildet die Basis. Darauf aufbauend übernimmt Procedure Automation als ein APC-Bereich wiederkehrende Betriebsabläufe wie An- und Abfahren oder Lastwechsel. Eine modellprädiktive Regelung als ein weiterer APC-Bereich übernimmt im kontinuierlichen Betrieb die überlagerte Optimierung.
Im Zusammenspiel dieser Bausteine entsteht ein höherer Autonomiegrad: weniger manuelle Eingriffe, eine stabilere Fahrweise und ein Betrieb näher am wirtschaftlichen Optimum.
Ist dieser autonome Betrieb heute bereits Realität oder eher ein Zukunftsversprechen?
Dr. Adrian Caspari: Beides – je nach Prozess und Automatisierungsgrad. In ausgewählten Anwendungsfeldern ist ein sehr hoher Automatisierungs- und Autonomiegrad heute bereits Realität. In anderen, stärker gekoppelten oder betrieblich variableren Prozessen ist der Weg noch nicht vollständig gegangen. Aber die Richtung ist klar: mehr modellbasierte Optimierung, sinnvoll ergänzt durch datenbasierte und KI-gestützte Verfahren dort, wo sie zusätzlichen Mehrwert liefern. Getrieben wird das nicht nur durch die bereits verfügbaren Technologien, sondern auch durch Kostendruck, Fachkräftemangel und wachsende Anforderungen an Effizienz und Robustheit.
Sie haben die modellprädiktive Regelung angesprochen. Was macht sie so leistungsfähig im Vergleich zu klassischen Ansätzen?
Dr. Adrian Caspari: Der größte Unterschied liegt in der Fähigkeit, auch komplexe, multivariable Systeme zu beherrschen und in Echtzeit zu optimieren. In der Praxis haben wir es selten mit isolierten Größen zu tun. Viel häufiger beeinflussen sich mehrere Variablen gegenseitig. Ein klassisches Beispiel ist eine Rektifikationskolonne: Betreiber sind bestrebt, den Energieeinsatz permanent zu minimieren und gleichzeitig eine definierte Produktqualität sicherzustellen. Diese Ziele stehen oft in einem Spannungsverhältnis zueinander. Eine konventionelle Regelung kann das nur begrenzt abbilden.
Die modellprädiktive Regelung hingegen berücksichtigt alle relevanten Einflussgrößen gleichzeitig. Sie kann Zielkonflikte systematisch auflösen, indem sie eine Zielfunktion unter Nebenbedingungen optimiert. Grundlage sind mathematische Modelle, die – wo sinnvoll – durch KI-gestützte Vorhersagemodelle ergänzt werden können. Hinzu kommt die Fähigkeit, mit Verzögerungen, Totzeiten und Nichtlinearitäten umzugehen. In vielen Prozessen zeigen sich Effekte erst Stunden später. Das ist mit klassischer Basisregelung schwer zu beherrschen. APC kann solche Dynamiken explizit berücksichtigen und systematisch in die Optimierung einbeziehen.
Wie sieht es mit der Umsetzbarkeit aus, insbesondere im Bestand: Ist APC eher ein Greenfield- oder ein Brownfield-Thema?
Dr. Adrian Caspari: In der Regel ist APC ein Brownfield-Thema. Bevor ein Anlagenbetrieb optimiert werden kann, muss der Prozess zunächst stabil laufen. In der Realität bedeutet das: Die meisten APC-Projekte bauen auf bestehenden Anlagen auf. Moderne APC-Lösungen lassen sich heute in der Regel gut in bestehende Automatisierungsstrukturen integrieren. Voraussetzung sind allerdings belastbare Messwerte, eine hinreichend stabile Basisregelung, geeignete Stellgrößen und ein klares Verständnis der wirtschaftlich oder qualitativ relevanten Zielgrößen. Die größere Herausforderung liegt oft weniger in der Technik als in der Organisation. Dafür braucht es die Bereitschaft, neue Wege zu gehen und bestehende Betriebsweisen zu hinterfragen.
Hinzu kommt: Wie schnell sich APC in der Praxis einführen lässt, hängt stark von internen Entscheidungsprozessen, Investitionszyklen sowie den Anforderungen an Validierung und Betriebssicherheit ab.
Wie reagieren die Menschen im Betrieb auf solche Veränderungen? Gibt es beispielsweise Vorbehalte seitens der Operator?
Dr. Adrian Caspari: Entscheidend ist, wie die Einführung erfolgt. Akzeptanz entsteht vor allem dann, wenn der Nutzen klar sichtbar ist, die Funktionsweise transparent bleibt und das Betriebspersonal früh eingebunden wird. APC nimmt nicht einfach Aufgaben weg, sondern unterstützt dabei, die Anlage stabiler, sicherer und wirtschaftlicher zu fahren. Die Rolle der Operatoren verändert sich dadurch: weg von permanenter manueller Nachführung, hin zu Überwachung, Bewertung und kontinuierlicher Verbesserung des Betriebs.
Ein zentraler Aspekt ist naturgemäß der wirtschaftliche Nutzen. Welche Effekte lassen sich durch APC konkret erzielen?
Dr. Adrian Caspari: Der wirtschaftliche Nutzen hängt stark vom Prozess, vom Reifegrad der bestehenden Automatisierung und vom jeweiligen Optimierungsziel ab. Typische Effekte sind ein geringerer Energieeinsatz, höhere Durchsätze, stabilere Produktqualität oder ein Betrieb näher an den optimalen Prozessgrenzen. Gerade in großtechnischen, energieintensiven Anlagen können bereits kleine prozentuale Verbesserungen erhebliche wirtschaftliche Effekte haben. In geeigneten Fällen können sich APC-Projekte deshalb in vergleichsweise kurzer Zeit amortisieren, meist unter einem Jahr.
Gleichzeitig gilt: APC ist kein Allheilmittel. Wenn ein Prozess aufgrund externer Faktoren – etwa dauerhaft sehr hoher Energiepreise – grundsätzlich unwirtschaftlich ist, kann auch die beste Optimierung dies in der Regel nicht vollständig kompensieren.
Neben Wirtschaftlichkeit spielt auch Nachhaltigkeit eine immer größere Rolle. Welchen Beitrag kann APC in dieser Hinsicht leisten?
Dr. Adrian Caspari: APC kann einen direkten Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit leisten, vor allem ökonomisch und ökologisch. Weniger Energieeinsatz bedeutet in vielen Fällen unmittelbar weniger Emissionen. Gleichzeitig ermöglicht APC eine flexiblere Fahrweise, etwa bei Prozessen, die gezielt auf volatile Strompreise oder schwankende Energieverfügbarkeit reagieren sollen. Das hilft, erneuerbare Energien besser zu integrieren und den Betrieb wirtschaftlich zu optimieren. Darüber hinaus kann eine stabilere und stärker unterstützte Fahrweise das Betriebspersonal entlasten.
Welche Praxisbeispiele können die Teilnehmenden Ihrer Präsentation auf dem VDI-Kongress erwarten?
Dr. Adrian Caspari: Im Mittelpunkt der Präsentation stehen reale Anwendungsbeispiele und Live-Demonstrationen. Die Teilnehmenden erhalten Einblicke in die Funktionsweise modellprädiktiver Regelung, in die Umsetzung von Procedure Automation und in die Rolle neuer KI-basierter Ansätze im APC-Umfeld. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Engineering modellprädiktiver Regelungen sowie auf neuen Ansätzen, die datenbasierte Vorhersagemodelle und KI sinnvoll in APC-Workflows integrieren. Ziel ist es, den Einstieg in die Technologie zu erleichtern und ihren praktischen Nutzen konkret zu zeigen.
Abschließend gefragt: Warum sollten sich Fach- und Führungskräfte gerade jetzt intensiver mit APC beschäftigen?
Dr. Adrian Caspari: Weil die Rahmenbedingungen es erfordern und die technologischen Voraussetzungen heute gegeben sind. Der Druck auf die Prozessindustrie wächst – wirtschaftlich, regulatorisch und technologisch. Gleichzeitig stehen die notwendigen Werkzeuge zur Verfügung, um Prozesse deutlich effizienter und robuster zu betreiben. APC ist damit kein abstraktes Zukunftsthema, sondern eine heute einsetzbare Technologie mit messbarem Nutzen. Wer sich heute mit APC beschäftigt, schafft die Grundlage für die nächste Entwicklungsstufe industrieller Prozessführung: stabilere Prozesse, höhere Wirtschaftlichkeit und schrittweise mehr Autonomie.
