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Integrierter Produktansatz vom Zement bis Beton

CO2 - Chance und Herausforderung zugleich

Die Zementherstellung hat den höchsten CO2-Fußabdruck pro Euro Umsatz. Zusätzlich steigt der CO2-Preis in Europa rapide an und ist schon jetzt ein bestimmender wirtschaftlicher Faktor. Dieser Trend wird sich durch das Auslaufen der kostenfreien Zertifikatszuteilung bis 2030 noch deutlich beschleunigen. Nur diejenigen Zement- und Betonhersteller werden am Ende wettbewerbsfähig bleiben, die es schaffen, schnell und effizient zu dekarbonisieren. Die kommenden Jahre werden darüber entscheiden, wer sich im Markt mit innovativen und CO2-armen Portfolios durchsetzen wird.

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Kraftanstrengung von Zement- und Betonherstellern

Das Treibhausgas CO2 wird beim Brennen des Kalksteins zu Zementklinker durch eine chemische Reaktion freigesetzt. Der Weg ist klar vorgezeichnet: In den nächsten Jahren müssen Zementhersteller schrittweise mehr und mehr klinkerreduzierte Produkte in ihre Portfolios aufnehmen.

Gleichzeitig führt diese Entwicklung dazu, dass Betonhersteller sich intensiver mit der Handhabung dieser klinkerreduzierten Zemente befassen müssen.

In der Betonanwendung sind diese aufgrund der erforderlichen Präzision und Normvorgaben sehr viel aufwändiger als herkömmliche Zemente. Beispielsweise stößt man viel schneller auf Kipppunkte, die dazu führen, dass nicht die erforderliche Festigkeit erreicht wird, der Beton sich entmischt oder zu sehr ansteift.

Eine dekarbonisierte Industrie bedeutet daher für Zement- und Betonhersteller eine gemeinsame Kraftanstrengung, in der Hand in Hand zusammengearbeitet werden muss um, CO2-arme Produkte in die Massenanwendung zu bringen.

Ein integrierter Produktansatz made by alcemy

alcemy's Produktportfolio folgt der Wertschöpfungskette von der Wiege in der Zementmahlung und -mischung bis zur Verarbeitung des Betons auf der Baustelle. So unterstützen wir Zement- und Betonhersteller gleichermaßen bei den Herausforderungen dieses neuen Zeitalters. Unsere intelligente Qualitätsüberwachungs- und Automationslösung basiert auf dem gleichen Ansatz in beiden Produkten: Daten, die während der Produktion im Labor oder über Sensorik im Werk oder Truck erhoben werden, werden über Schnittstellen an alcemy gesendet.

alcemy’s Technologie…

  • überwacht, ob in der Produktion Probleme oder Abweichungen auftreten und macht das Personal darauf aufmerksam.
  • sagt auf Basis der Daten Qualitätsparameter der aktuellen Produktion vorher.
  • gibt dem Personal im Werk Empfehlungen für Einstellungen, um eine optimale Qualität sicherzustellen.

alcemys Produkte

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alcemy für Zement:
Von reaktiver zu proaktiver Qualitätssteuerung mit Hilfe von Maschinellem Lernen.

Unsere KI-Software zur intelligenten Qualitätssteuerung ist das Werkzeug zur Herstellung von Zementen in höchster Qualität. Mit diesem neuen Ansatz unterstützen wir herstellende Unternehmen dabei, immer komplexer werdende Zementrezepturen für eine dekarbonisierte Zukunft zu meistern.

Die Herausforderung

Beim letzten Herstellungsschritt von Zement werden die Rohstoffe inklusive des Klinkers zu Zement vermahlen. Dabei ist neben anderen Parametern die Festigkeit ausschlaggebend für die Qualität. Die Festigkeitsermittlung wird durch die Erstellung eines Normbetons nach der Aushärtung von einem, zwei, sieben und 28 Tagen gemessen. Während der Produktion ist dadurch keine Einsicht in die zukünftigen Festigkeiten des aktuell produzierten Zements gegeben und die Steuerung der Festigkeiten nur auf Basis der Erfahrungswerte der Leitstandfahrer*innen sowie Qualitäts- und Produktionsmitarbeiter*innen möglich.

Unser Ansatz

Unsere Technologie ermöglicht eine fortlaufenden Analyse der qualitätsrelevanten Daten aus Chemie, Mineralogie und Korngrößenverteilung. Durch unsere intelligenten Algorithmen werden fortlaufend Sollwerte zur Optimierung der aktuellen Zementproduktion an den Leitstand weitergegeben.

0. Modelltraining dank Einschlag: Das alcemy-Modell wird basierend auf Werten, die bereits im Zementwerk vorhanden sind, trainiert. Dazu gehören neben den chemischen und mineralogischen Eigenschaften auch die erzielten Ergebnisse wie die Festigkeiten nach einem bis 28 Tagen Aushärtung.

1. Festigkeitsvorhersage: Genauso wie die Eigenschaften und Qualitäten der natürlichen Ressourcen schwanken, so müssen auch bei der Herstellung eines homogenen und qualitativ stabilen Zementes alle Schwankungen berücksichtigt und durch die richtige Steuerung ausgeglichen werden. Unsere Modelle prognostizieren de Qualitätseigenschaften wie Druckfestigkeit und Blaine der aktuellen Mahlung oder Mischung. Damit werden die Schwankungen der Ressourcen nicht nur in den Rohdaten, sondern auch in den Zielwerten sichtbar.

2. Optimierung: Es bleibt aber nicht nur bei der reinen Festigkeitsvorhersage, sondern die Technologie nutzt das erlangte Wissen, um für die aktuelle Produktion Steuerungsvorgaben für die Zementmühle zu erstellen und optimale Sollwerte für Feinheiten oder die richtige Rezeptur zur Erreichung der gewünschten Zieleigenschaften zu finden. Diese werden dann an die Leitstandfahrer übermittelt bzw. direkt ins Prozessleitsystem eingespielt. 

Vorteile für unsere Kunden

Alle alcemy Kunden konnten Ihre Qualität 20% bis 50% bis zu einer durchschnittlichen Standardabweichung von 1,5 MPa nach sechs Monaten  verbessern und sind damit in kürzester Zeit zu Qualitätsführern geworden. 

35% Qualitäts-verbesserungen (Std.) über alle Zementfamilien

⌀ 400.000 € Kosteneinsparung en durch Senkung des Klinkerfaktors und Mahlenergie

⌀ 15.000 Tonnen weniger CO2-Emissionen pro Kunde

Steigerung der Effizienz & Gewinn von Informationen durch zentrale Datengrundlage für alle Beteiligten

Unsere Anwendung im Detail

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Alle Informationen zur Zementsteuerung auf einen Blick.

Mit alcemy können Sie auf einen Blick die aktuellen Probenwerte wie auch die dynamischen Steuerungsvorgaben einsehen und sind jederzeit über den Produktionsstand informiert. Auf Basis der Analysewerte der Produktionsproben werden die zugehörigen Prognosen dargestellt. Klare Steuerungsvorgaben für eine optimierte Qualität und Zielfestigkeit werden an die Leitstandfahrer*innen weitergegeben. So haben Sie immer die wichtigsten Kennwerte und Messergebnisse auf einen Blick und erhalten einen direkten Einblick in die Zementrezeptur.

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Röntgenblick in die Zementqualitäten.

Unsere Analyse-Ansicht ermöglicht Detailanalysen der aktuellen Produktionsdaten und der chemischen und mineralogischen Messwerte. Sie visualisiert neben allen Messwerten auch die zugehörigen Prognosen über Versand und Produktionsproben.

Die tabellarische Aufarbeitung der Proben ermöglicht tiefe Einblicke in die Stärke der Einflussfaktoren auf die Festigkeit des Zements. So können Ausreißer direkt erkannt und Fragestellungen schnell geklärt werden.

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Rezepturen verwalten und mit den Erkenntnissen aus den Analysen verbinden.

Die Zementrezepturen und Zielwerte können für jeden Zement hinterlegt und verwaltet werden. Alle Einstellungen zu Steuerungsbereichen, Festigkeitszielen und Nebenbedingungen können zentral angepasst werden.

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„alcemy vereinfacht meinen Arbeitsalltag, weil alle Sollwerte immer aktuell an einer Stelle stehen und dadurch jegliche Missverständnisse ausgeschlossen werden. Ich bin großer Fan der Software von alcemy.“

Markus Bollich, Leitstandfahrer im SPENNER Zementwerk Erwitte

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alcemy für Beton:
Echtzeit-Monitoring und Qualitätsaussteuerung beim Transportbeton mit Hilfe von Maschinellem Lernen.

Unsere Technologie verwendet die Daten im Transportbetonwerk und Fahrmischer, prognostiziert laufend und in Echtzeit die Qualitätseigenschaften des Betons und übersetzt diese in KW Sollwerte für das Werk. Damit gehören Reklamationen auf der Baustelle und Ineffizienzen im Werk der Vergangenheit an.

Die Herausforderung

Momentan beruht die Qualitätssteuerung im Transportbetonwerk immer noch maßgeblich auf dem Fingerspitzengefühl und der langjährigen Erfahrung der Mitarbeiter*innen. Die Werkzeuge zur Qualitätsaussteuerung, wie beispielsweise Ausbreitmaßversuche oder Konsistenzabgleichkurven, werden heutzutage noch größtenteils manuell erstellt und sind damit sehr aufwändig.

Unser Ansatz

Unsere KI-gestützte Software, die in der Cloud läuft und Daten im Transportbetonwerk als auch im Fahrmischer erhebt, gibt den Laboranten und Mischmeistern die richtigen digitalen Werkzeuge an die Hand, um die manuell geprägten Arbeitsschritte deutlich einfacher, automatisierter und effizienter ausführen zu können.

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Das alcemy Betonprodukt besteht aus zwei Modulen:

Das Monitoring-Modul nutzt Daten, die während der Produktion und Fahrt zur Baustelle entstehen und prognostiziert daraus laufend die erwarteten Qualitätseigenschaften des Betons. Dies gelingt, da die Algorithmen mit historischen Daten je Werk trainiert werden. Die stetigen Prognosen können von Mitarbeitenden aus der Produktion und Qualitätssicherung jederzeit eingesehen werden und schaffen ein gänzlich neues Level an Transparenz und Information.

Das Steuermodul ist für die Rezepturaussteuerung verantwortlich. Prognosen werden genutzt um Abweichungen vorausschauend zu identifizieren und diese schnell und einfach an das Werk zu übermitteln. Beispielsweise kann so von vornherein ein sonst zu steifer Beton durch mehr Wasserzugabe verhindert werden. Unsere Software berechnet hierbei unterstützend KW-Sollwerte für die Wirkleistung und Wasserzugabe und übermittelt diese laufend an die Mischmeister*innen. 

Vorteile für unsere Kunden

Während unserer dreimonatigen Versuchsreihe wurde in 96% aller Chargen manuell in den Wasserhaushalt eingegriffen. Mithilfe der alcemy Technologie wurde ein manueller Eingriff nicht mehr nötig. Zudem wurden die Schwankungen beim Ausbreitmaß um bis zu 50% reduziert.

Senkung der Materialkosten

Reduktion der Qualitäts-schwankungen um bis zu 40%

80% weniger manuelle Eingriffe bzgl. der Sandfeuchte

Anhebung des Erlösniveaus

Verringerung der Reklamation

Unsere Anwendung im Detail

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Lückenlose Qualitätsüberwachung von der Herstellung bis zur Übergabe.

Öldruck, Wasserzugabe und die Trommelleistung lassen sich durch unsere umfängliche remote Begleitung des Fahrmischers simpel überwachen. So ist das Werk jederzeit über Änderungen während der Fahrt des Fahrmischers informiert und kann alle Veränderungen in Echtzeit verfolgen, bis das Material an den Kunden übergeben wird. Damit ist eine lückenlose Qualitätssicherstellung von der Herstellung bis Übergabe des Betons möglich.

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Jede Baustelle auf einen Blick.

Dank der Echtzeit-Darstellung können Messwerte sowie prognostizierte Betoneigenschaften transparent eingesehen werden – und das übersichtlich für alle Fahrmischer, die gerade auf den Straßen unterwegs sind. Alcemy unterstützt dabei, normalerweise aufwändig messbare Werte durch detaillierte Prognosen zu vervollständigen. Ausreißer in den Werten werden in Echtzeit hervorgehoben, um eine schnelle Übersicht über mögliche Probleme zu erhalten.

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Parallele Optimierung der Chargen.

Die lückenlose Überwachung der bereits gestarteten Fahrmischer ermöglicht eine parallele Optimierung des Transportbetons für die nächsten Chargen im Werk. Mithilfe von belastbaren Daten der Fahrmischer und des Werks, lassen sich mit alcemy Vorhersagen über die benötigten Soll-Werte der nächsten Chargen treffen. So wird  eine optimale Qualität bei der Übergabe an den Kunden  garantiert.

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„Wir glauben, dass das Betonwerk der Zukunft einer Fabrik ähneln wird, die flexibel viele Ausgangsstoffe kombinieren kann. Um trotzdem hohe Qualität zu garantieren, werden adaptive und autonome Qualitätssteuerungs-Systeme unabdingbar sein.“

Dr. Olaf Assbrock, Hauptgeschäftsführer Bundesverband der deutschen Transportbetonindustrie e.V

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Hinter unseren Produkten für die Zement- und Betonherstellung verbirgt sich grundsätzlich dieselbe Technologie; wir nutzen Maschinelles Lernen zur prädiktiven Qualitätsaussteuerung im Zement- und Transportbetonwerk.

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Datensammlung

Während der Zement- und Betonproduktion werden Unmengen an Daten generiert, die bis jetzt ungenutzt bleiben. Wir sammeln diese Daten, führen sie zusammen und machen sie nutzbar. Dazu integrieren wir unsere Software mit Laborinformationssystemen und bringen unsere eigenen Sensoren in Betonfahrmischern an. Damit sind wir in der Lage, Daten in der gesamten Wertschöpfungskette zu erheben.

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Training und Evaluierung

Wir analysieren die gesammelten Daten und identifizieren Use-Cases, in denen wir mit statistischen Analysen und Machine Learning unsere Kunden in ihren täglichen Abläufen unterstützen können. Dies kann zum Beispiel die Vorhersage von Qualitätseigenschaften von Zement und Beton, wie zum Beispiel Druckfestigkeit, Blaine oder Ausbreitmaß sein. Wir haben hohe Qualitätsansprüche an unsere Modelle, da sich die Expert*innen in der Zement- und Betonproduktion auf diese verlassen müssen. Wir trainieren unsere Modelle regelmäßig neu, evaluieren diese kontinuierlich und entwickeln sie weiter.

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Optimierung der Produktionsabläufe

Auf Basis unserer Modelle bestimmen wir optimale Sollwerte für verschiedene Produktionsschritte in der Zement und Betonproduktion, um die gewünschten Qualitätsziele zu erreichen. Die Sollwerte werden an die Leitstände in den Werken zurückgespielt oder direkt an die Expertensysteme, welche die Anlagen kontrollieren, übermittelt.

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Datengetriebene Entwicklung

Zusätzlich zu den automatisch ablaufenden Prozessen bieten wir den Expert*innen im Zement und Beton mit unserer Software Einblicke in ihre Daten aus einer neuen datengetriebenen Perspektive. Durch diese Verbindung aus einerseits Expert*innenwissen in Zement und Beton und andererseits Data Science ergeben sich zuvor nie dagewesene Möglichkeiten und Erkenntnisse.

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Machine Learning Infrastructure

Unsere Modelltrainings und Hyperparameteroptimierungen brauchen eine verlässliche und skalierbare Infrastruktur. Deswegen läuft unsere Software auf der cloud-basierten Lösung Kubernetes. Weiterhin nutzen wir „Infrastructure as Code“ mit terraform, um Änderungen an unserem Produktivsystem schnell und sicher umzusetzen. Außerdem haben wir die Möglichkeit Testumgebungen zu erzeugen, die unsere gesamte Anwendung kopieren – von der Datenbank bis zur Webapp. Dies ermöglicht uns eine schnelle, flexible, aber auch sichere Softwareentwicklung.

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Lea Leibold

VP Operations & Sales

lea.leibold@alcemy.tech

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