Einen Schritt weiter als die Konkurrenz: Modulare Batch-Techniken sorgen für Verbesserungen der Effizienz.

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Batch-Technologien der nächsten Generation Einen Schritt voraus sein

01.11.2018

Neue Batch-Lösungen liefern das gesamte Spektrum des Batch-Managements und der Steuerung, die Hersteller angesichts ökonomischer und geschäftlicher Zwänge und Ungewissheiten zum Erfolg benötigen. Gleichzeitig ermöglichen Innovationen wie die Virtualisierung und der controller-basierte Batch-Betrieb dem Anlagenpersonal, übergreifende und werksspezifische Modernisierungsziele umzusetzen und dabei die Agilität der Produktion, die Zuverlässigkeit, das Berichtswesen und das Potenzial der Datenanalyse zu verbessern.

Wirtschaftliche und betriebliche Anforderungen fordern Hersteller von Spezialchemikalien, Pharmazeutika sowie Nahrungsmitteln und Getränken heraus: Sie müssen mit weniger mehr produzieren – und das mit erhöhter Qualität. Dies veranlasst Firmen aller Größen dazu, Effizienz und Kosten ihrer Batch-Anwendungen und damit deren direkten Einfluss auf die geschäftliche Produktivität und Profitabilität zu hinterfragen. Besonders das Betriebspersonal ist gefordert, mehr aus den Anlagen herauszuholen, die Fehlerbehandlung in Batch-Prozessen effektiver zu gestalten, neue Ansätze zur Reduktion der Produktionskosten zu ermitteln und nützlichere Wege zur Pflege der für die Batch-Produktion notwendigen komplexen Softwareprozeduren aufzuzeigen.

Im Gegensatz zu diesen Notwendigkeiten und Wünschen haben jüngste Untersuchungen von Honeywell in Form von methodischen Kundenbeobachtungen (Observational Voice of the Customer, OVOC) offenbart, dass aufgrund technologischer Limitierungen viele Bediener in der Messwarte keinen angemessenen Überblick und keine Handhabe auf ihren Batch-Prozess haben. Einige berichten, dass sie nicht wüssten, welche Aufgaben wann anstehen. Sie vermissen die Möglichkeit, Verzögerungen, die zu Engpässen führen könnten, frühzeitig zu erkennen. Häufig seien außerdem die verwendeten Methoden der Fehlerbehandlung nicht hilfreich – selbst dann, wenn das Problem bekannt ist.

Das Ergebnis der Studie ist folglich wenig überraschend: Produktionsleiter hätten gern weitgehend automatisierte Systeme, die besser auf die Batch-Prozesse ausgerichtet sind und mit denen verschiedene Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden können. Die OVOC-Studie belegt auch, dass sich die Produktionsleiter proaktive Teams wünschen, beispielsweise um anstehende Aktivitäten vorausschauend zu erfassen und abzuschätzen sowie um potenzielle Produktionsprobleme mit drohenden Ausfallzeiten zu erkennen. Die Mehrzahl konzentriert sich stattdessen auf reaktive Arbeiten wie die Wartung und Anpassung ihrer Batch-Server.

Visualisierung der Arbeitsabläufe

Automatisierungsanbieter wie Honeywell adressieren diese Herausforderungen durch die Nutzung aktueller Technologien für die Verknüpfung von verteilter Leittechnik, Batch-Automation und fortschrittlichen Visualisierungsmöglichkeiten, um so die Transparenz und das Verständnis der Betreiber für die Batch-Produktion zu erhöhen. Die Honeywell-Experion-Batch-Lösung verwendet beispielsweise eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit intuitiver visueller Analytik, die Anlagenbediener dabei unterstützt, abnormale Situationen besser zu erkennen und entsprechend zu reagieren.

Die Visualisierungstechnologie ermöglicht den Ingenieuren sowohl vergangene Abläufe zu untersuchen als auch den Blick nach vorne zu werfen. Sie können jederzeit die Daten auf weitere Zusammenhänge abfragen. Insgesamt bietet die visuelle Analytik einen tieferen Einblick in anstehende Ereignisse und mögliche Verzögerungen, sie reduziert die Belastung und erlaubt den Bedienern, parallele Aufgaben stabil auszuführen – mit dem Wissen, dass ausreichend Zeit vor der nächsten geforderten Aktion vorhanden ist. Mitarbeiter im Feld können auf die visuelle Intelligenz über eine App auf ihrem mobilen Gerät zugreifen. Die App gibt einen Überblick zum Status der Produktion und zu Mitteilungen, sodass das Personal eingebunden bleibt – egal an welchem Ort es sich aufhält.

Es ist wichtig, dass Betriebsingenieure prüfen können, wie sich der aktuelle Batch im Vergleich zu einem typischen Batch verhält. Dieses Wissen bringt großen Nutzen. Weniger erfahrene Ingenieure können so nachvollziehen, welche Schritte ihre berufserfahrenen Kollegen zur Optimierung des Prozesses einleiten würden. In ähnlicher Form kann die Analyse bewährte und in allen Operationen angewandte Vorgehensweisen aufzeigen und dadurch Zy­kluszeiten reduzieren und die Produktivität verbessern. Darüber hinaus unterstützen Lösungen wie Experion Batch das technische Personal dabei, gängigen Problemen wie Prozessabweichungen oder Ausrüstungsfehlern beispielsweise mit Funktionen der geführten Fehlersuche zu begegnen. Dies hilft ihnen, die Produktion mit minimaler Ausfallzeit wieder aufnehmen zu können.

Verbesserungen der Effizienz mit modularer Umgebung

Bei der Projektierung der Batch-Abläufe gibt es für die Hersteller zwei Möglichkeiten: Sie halten entweder an der traditionellen, zentralisierten Batch-Konzeption fest oder sie entscheiden sich für die progressivere, an DIN EN 61512 (IEC 61512/ISA88) ausgerichtete modulare Batch-Umgebung mit verteiltem Risiko und Unterstützung behördlicher Anforderungen.

Die modulare Vorgehensweise bietet zahlreiche Vorteile und löst viele der Zwänge, die Betriebsleiter während der OVOC-Studie zum Ausdruck gebracht haben: So minimiert die Installation der Batch-Funktionalität in prozessnahen Komponenten (Controllern), die den Teil­anlagen zugeordnet sind, das Ausfallrisiko, da eine einzige, zentrale Komponente keine stabile Basis für den Anlagenbetrieb darstellt.

Ein weiterer Pluspunkt der modularen Auslegung besteht darin, dass das Projektierungs- und Wartungspersonal einen Teilanlagen-Controller außer Betrieb nehmen kann, ohne dadurch die anderen Teilanlagen zu beeinträchtigen – zu vergleichen mit einer modernen Lichterkette, die bei Entfernung einer einzelnen Lampe weiter leuchtet. Die modular verteilte Batch-Auslegung eliminiert zusätzlich die Installation eines Batch-Servers und damit den mit Windows-Systemen gegebenen Aufwand für Wartung und Aktualisierung. Heutzutage bieten redundante modulare Controller, die speziell für Batch-Betrieb und Ablaufprozeduren ausgelegt sind, jede vom Anwender benötigte Leistungsfähigkeit und Kapazität in kostengünstiger Ausführung.

Durch den Wegfall des Batch-Servers profitieren Anlagen von einer einzigen gemeinsamen Datenbasis für die Basisregelung und die Batch-Konfiguration. Das Spektrum der Batch-Prozeduren kann sich dabei von einer einfachen, vordefinierten Teilanlage und deren Ablauffunktion bis zu einem umfassenden Steuerrezept erstrecken, das aus einem Grundrezept und seinen unterlagerten Teilanlagen-Prozeduren, Operationen und Funktionen erstellt wurde.

Ein controller-basiertes System ist robuster und benötigt lediglich eine einzige Betriebs- und Projektierungsplattform für die Ausführung des Batches. Darüber hinaus befreit der Wegfall des Servers von den damit verbundenen Problemen und Kosten der Wartung, der Sicherheit und Verzögerungen durch zusätzliche Kommunikation zwischen den Komponenten.

Virtuelle Controller erhöhen Flexibilität

Neue Lösungen mit virtuellen Controllern für den Teilanlagen-Betrieb verwenden das gleiche robuste und inte­grierte Betriebssystem wie ein physisch installierter Teilanlagen-Controller. Dies unterstützt eine flexible Rezepterstellung, umfangreiche Testabläufe sowie die Ausführung leittechnischer Applikationen.

Ein virtueller Controller für den Teilanlagen-Betrieb verringert zudem den Platzbedarf für die Hardware, da ein physischer Controller nicht notwendig ist, und bietet in Verbindung mit fehlertoleranter Virtualisierungstechnologie eine erhöhte Verfügbarkeit. Zusätzlich erlauben virtuelle Controller eine anwenderspezifische Ressourcenverwaltung (zum Beispiel für Speicherbedarf oder Prozessorleistung). Das gibt den Anwendern weitere Parameter zur Optimierung ihres Batch-Betriebs.

Für die Simulation und Installa­tion bietet ein virtuelles System ebenfalls Vorteile. Das Herunterladen einer neuen Konfiguration oder einer fein abgestimmten Rezeptur von einer Simulation oder Laborumgebung in ein reales Equipment bedingte in der Vergangenheit eine vollständige Validierung inklusive einer Anpassung der Dokumentation.

Eine virtuelle Simulation minimiert die Validierung, da die in der virtuellen Umgebung getestete Konfiguration ohne Änderung zu einem physischen Controller für die Teilanlagensteuerung geladen werden kann. Schließlich ermöglichen universelle Ein- und Ausgänge eine flexible Konfiguration der Ausrüstungen und ein einfaches Management der Reserven.

Bildergalerie

  • Die Automationssoftware Experion Batch verwendet eine patentierte Technologie, um Bediener vermehrt vorausschauend zu informieren, ihre Arbeitsabläufe zu planen sowie Verfügbarkeit und Ablaufzeit von Teilanlagen zu sichern.

    Bild: Honeywell Process Solutions

  • Batch-Automation ist auch auf mobilen Geräten verfügbar.

    Bild: Honeywell Process Solutions

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