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Die Lücke im Batch-Markt wird geschlossen

Für die Konsumgüter-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sind High-End-Batch-Managementsysteme meist überdimensioniert

Für die Konsumgüter-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sind High-End-Batch-Managementsysteme meist überdimensioniert

01  Das einheitliche Rezptmanagement schließt die Lücke ­zwischen High-End-Batch- sowie kundenspezifischen Rezeptmanagement­lösungen und ermöglicht das Ableiten der Rezeptvarianten aus Rezeptvorlagen

01  Das einheitliche Rezptmanagement schließt die Lücke ­zwischen High-End-Batch- sowie kundenspezifischen Rezeptmanagement­lösungen und ermöglicht das Ableiten der Rezeptvarianten aus Rezeptvorlagen

02  Der Vergleich von Rezeptversionen zeigt die Unterschiede im Detail

02  Der Vergleich von Rezeptversionen zeigt die Unterschiede im Detail

03  Formelverwaltung mit Änderungsverfolgung und ­Freigabestatus

03  Formelverwaltung mit Änderungsverfolgung und ­Freigabestatus

04  Überwachung einer laufenden Rezeptprozedur in der ­Bedienoberfläche

04  Überwachung einer laufenden Rezeptprozedur in der ­Bedienoberfläche

Der ARC hat in seiner Analyse „Business Process Management“ vom Juli 2015 die Diskrepanz zwischen den High-End-Batch-Lösungen und den kunden- bzw. maschinenherstellerspezifischen Rezeptmanagementlösungen als „Gap in the Batch Market“ bezeichnet. Tatsächlich bieten die Hersteller von Automatisierungs- und Industriesoftwarelösungen hier bisher keine komplementären Lösungen an. Schneider Electric hat es sich mit seinem Hersteller von industriellen Software­lösungen, Wonderware, zur Aufgabe gemacht, diese Angebotslücke zu schließen.

Die Schwankungen der Materialeigenschaften sowie der Prozessparameter beim Produktwechsel erschweren es, immer komplexere Batch-Prozesse zu steuern und zu optimieren. Nur mit hochentwickelten rezeptbasierten Fertigungsverfahren lassen sich die Konsistenz zwischen den einzelnen Batches sicherstellen, die Flexibilität verbessern und die Freigabezyklen von Produkten beschleunigen. Sie ermöglichen es zudem die Vorlaufzeiten zu verkürzen, Kosten zu senken sowie globale Prozesse besser zu verwalten, um die Produkte herzustellen, die die Erwartungen der Kunden erfüllen.
Die regulatorischen Auflagen in der Konsumgüter-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sowie der Spezialchemie nehmen deutlich zu. Außerdem erfordern die Dynamik in der Produktinnovation sowie der Wunsch nach konsistenter Qualität ein umfangreiches Management der Rezepte und Versionen. Existierende Rezept- und Batchmanagementsysteme haben jedoch mindestens eine der folgenden Eigenschaften:
∙ Sie besitzen eingeschränkte Funktionalität im Bereich Parameterverwaltung.
∙ Sie sind als Zusatzfunktion Bestandteil von HMI/Scada-Systemen.
∙ Ihr Schwerpunkt liegt auf der Verwaltung komplexer Batchprozesse (inklusive einer intelligenten Ausführungskoordination)
Mit den mitgelieferten Tools von HMI/Scada-Systemen die notwendigen Verwaltungsfunktionen zu realisieren, ist eine große Herausforderung für die Anwender. In High-End-Batch-Managementsystemen sind diese Funktionen als Standard enthalten. Ein solches System zu verwenden, das für die Anforderungen in chemischen und pharmazeutischen Anlagen ausgelegt ist, ist in vielen Fällen jedoch unwirtschaftlich.
Kommerzielle Standard-Rezept-Managementsysteme für die Konsumgüter-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sowie ähnliche hybride Prozesse, die nur geringe Anforderungen an die Produktionsflexibilität erfüllen, aber gleichzeitig Rezepte standardisieren und eine geregelte Verwaltung und Ausführung sicherstellen, sind jedoch schwer zu finden.

Verwaltung von hochwertigen Batchprozessen
Das Rezeptmanagement ist einer der Kernprozesse für Produktionsunternehmen mit diskontinuierlicher, chargen­orientierte Fahrweise (Batchproduktion). Diese Unternehmen lassen sich bezüglich der Rezeptverwaltung grob in zwei Anforderungsbereiche einteilen. Da sind zum einen Unternehmen mit hohen gesetzlichen und regulatorischen Anforderungen, für die eine Software und Prozessimplementierungen nach ISA-88 die erste Wahl darstellt, also Implementierungen mit einem Schwerpunkt auf der Verwaltung von hochwertigen Batchprozessen. Dies sind in der Regel Unternehmen der Pharmaindustrie, Lifescience aber auch der Chemischen Industrie.
Batch-Verwaltungssysteme für diese Anforderungsgruppe bieten üblicherweise ISA-88-konforme Rezeptmodellierung, Batchplanung und -ausführung, elektronische Batchdokumentation (Electronic Batch Records, EBR) mit Sicherheitsfunktionen und Steuerungsmöglichkeiten, um die Einhaltung der FDA- und GMP-Bestimmungen zu ermöglichen. Diese umfassenden Batch-Verwaltungssysteme sind sehr leistungsfähig, überfordern jedoch viele Anwendungen für die Rezeptverwaltung. Zudem wird ein strukturierter Ansatz für die Prozesssteuerung erzwungen, der meist weit über die Anforderungen von Produktionsbetrieben hinausgeht.

Einheitliches Rezeptmanagement für heterogene Maschinenlandschaften
Zu der zweiten Anforderungsgruppe gehören weitestgehend Unternehmen aus der Lebensmittel-, Getränke-, Spezialchemie oder CPG-Industrie (Consumer Packaged Goods). Auch in diesen herrschen zunehmend hohe regulatorische Rahmenbedingungen. Diese gehen allerdings mit weiteren entscheidenden Anforderungskriterien im Bereich des ­Rezeptmanagements einher. Immer kürzere, schnellere ­Innovationszyklen, kleinere Produktionsmengen, schnellere Rüstzyklen, eine hohe Produktvielfalt und das bei einer gleichbleibenden garantierten Produktqualität unter optimierten Wirtschaftlichkeitsbedingungen sind hier ganz ­wesentliche Rahmenbedingungen, die auch das Rezeptmanagement unterstützen muss.
In der Praxis setzen die Produktionsunternehmen der oben genannten Industrie weitgehend individuelle Rezeptmanagementlösungen ein, die als Add-on durch den Maschinenbauer oder den Systemintegrator im Rahmen der HMI/Scada-Applikation mitgeliefert werden. Es ist dabei keine Seltenheit, dass ein Produktionsbetrieb mit fünf Linien, fünf unterschiedliche Rezeptmanagementlösungen im Einsatz hat. Unter diesen Umständen lässt sich ein zentrales, effizientes Rezeptmanagement nur unzureichend umsetzen. Diese Angebotslücke zwischen den High-end-Batch-Lösungen und den kunden- bzw. maschinenherstellerspezifischen Rezeptmanagement Lösungen will Wonderware, ein Unternehmen von Schneider Electric, schließen.
Wonderware ist bereits heute mit seinem Produkt ­Inbatch einer der führenden Hersteller von ISA-88-kompatibler Batch Management Software und kann somit auf umfangreiche Expertise im Bereich des Rezeptmanagements zurückgreifen. Zum Produktportfolio gehört mit Intouch auch ein Rezeptmanagement als Add-on der HMI/Scada-Lösung. Nun galt es die vom ARC angesprochene Lücke zu schließen und heterogene Maschinenlandschaften mit einem einheitlichen Rezeptmanagement zu versorgen.

Objektorientiertes Betriebssystem
Mit der System Platform bietet Wonderware eine moderne Architektur für industrielle Softwarelösungen. Ein einheitliches, objektorientiertes Plant Modell bildet die logische Struktur des Fertigungsunternehmens ab und ­ermöglicht somit auch die anwendungsübergreifende Verarbeitung und Auswertung von Produktionsdaten. Ausfall­sicherheit, verteilte Applikationsstrukturen, Workflows (Business Process Management – BPM), intelligente Datenanalyse, ein zentrales Benutzer-, Rollen- und Rechtemanagement, die Möglichkeit der Virtualisierung, sowie die unterschiedlichsten
Clients sind u. a. wichtige Voraussetzungen, um die Anforderungen an industrielle Software im Zeitalter von Industrie 4.0 zu erfüllen und dabei weiterhin die Wartbarkeit sowie die einfache Erweiterbarkeit zu gewährleisten. Als „industrielles Betriebssystem“ verfügt die Wonderware System Platform über Schnittstellen zu ERP Software und anderen indus­trierelevanten Lösungen, aber auch zu den unterschiedlichsten Steuerungssystemen, wie SPS, PLC, RTU, DCS, Ablaufregelungen, Schleifenregelungen, Skalen, Messvorrichtungen oder Strichcodelesern. Letzteres ist eine Grundvoraussetzung für Rezeptmanagement in heterogenen Maschinenparks.

Skalierbarer Rezeptmanager
Der Wonderware Recipe Manager Plus (Bild 1) setzt auf der System Platform auf. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit des Stand-alone-Betriebs. Dann allerdings mit Einschränkungen u. a. hinsichtlich der zur Verfügung gestellten Schnittstellen. Die Rezeptmanagement-Lösung profitiert somit nicht nur von den Integrationsmöglichkeiten der System Platform, sondern auch von vielen weiteren, von der Plattform zur Verfügung gestellten Basisfunktionalitäten, wie Verteilung oder Ausfallsicherheit (Bild 2).
Nicht zuletzt ermöglicht die System Platform bei Bedarf auch einen sukzessiven Ausbau der Umgebung zum Beispiel um MES-Funktionalität wie Produktionskennzahlen, Traceability oder Quality Management. Um den unterschiedlichen Kundenanforderungen gerecht zu werden, gibt es den Recipe Manager Plus in zwei aufeinander aufbauenden Varianten als Standard Edition und Professional Edition.
Wonderware Recipe Manager Plus ist eine Standard Software für die Formelverwaltung sowie die Ausführung Batch-orientierter Produktions- und Verpackungsprozesse. Sie bildet sowohl die Grundlage für Standardisierung als auch die Reduzierung von Engineering- und Implementierungskosten um bis zu 40 % im Vergleich zu kundenspezifischen bzw. selbst erstellten Lösungen. Außerdem lässt sich damit die Time-to-Market neuer Produkte um 20 % verkürzen.
Der Rezeptmanager ist je nach Anforderung skalierbar und mit weiteren Funktionen ausstattbar. So ermöglicht das Formula management and download eine schnelle und konsistente Änderung der Parameter an Geräten und Systemen (Bild 3). Dies ist in den meisten Fällen notwendig um die die Flexibilität bei Verpackungs- und Produktionslinien in der Konsumgüter-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie zu gewährleisten. Selbst die Automatisierung und Wiederholung von Produktionsprozessen entsprechend den Rezeptspezifikationen der einzelnen Anlagen, Anlagengruppen oder Linien für Batch-orientierte und hybride Produktionsprozesse lässt sich mit dem Recipe management and execution realisieren (Bild 4). (no)

Dipl.-Ing. Rupert Krümpel ist Sales Manager Software bei Schneider Electric Wonderware in Neuss. rupert.kruempel@schneider-electric.com

Dipl.-Ing. Rupert Krümpel ist Sales Manager Software bei Schneider Electric Wonderware in Neuss. rupert.kruempel@schneider-electric.com

Dipl.-Ing.Michael Bauerhaus ist Regional Sales Manager bei Schneider Electric Wonderware in Neuss. michael.bauerhaus@schneider-electric.com

Dipl.-Ing.Michael Bauerhaus ist Regional Sales Manager bei Schneider Electric Wonderware in Neuss. michael.bauerhaus@schneider-electric.com