Aufgrund wirtschaftlicher und betrieblicher Anforderungen sind die Hersteller von Nahrungsmitteln und Getränken herausgefordert, mit weniger mehr zu 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 effektivere Wege zur Pflege der für die Batch-Produktion notwendigen komplexen Softwareprozeduren aufzuzeigen.

Im Gegensatz zu diesen Notwendigkeiten und Wünschen offenbarten jüngste Untersuchungen von Honeywell in Form von methodischen Kundenbeobachtungen (Observational Voice of the Customer, OVOC), dass aufgrund technologischer Limitierungen viele Bediener in der Messwarte keinen angemessenen Überblick und keine Handhabe auf ihren Batch-Prozess haben. Einige berichteten, dass sie nicht wussten, welche Aufgaben wann anstehen, oder dass sie die Möglichkeit vermissen, Verzögerungen, die zu Engpässen führen könnten, frühzeitig zu erkennen. Viele gaben auch an, dass die verwendeten Methoden der Fehlerbehandlung ineffektiv seien, selbst wenn sie das Problem bereits kannten.

Ein Ergebnis dieser OVOC-Aktion war der Wunsch nach einer Technologie, die Automationssysteme besser auf die Batch-Betriebe ausrichtet. Dies gilt umso mehr, da die Effizienz von Automationssystemen grundlegenden Einfluss auf das Ergebnis von Batch-Prozessen hat.
Ein weiteres Resultat war, dass in vielen Einrichtungen sequenzielle Prozesse mit beträchtlichen manuellen Eingriffen und Feinanpassungen ablaufen. Das erhöht das Risiko für Fehler und ineffiziente Vorgänge. Das Ergebnis der Studie ist wenig überraschend: die Produktionsleiter wünschen sich weitgehend automatisierte Systeme, mit denen verschiedene Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden können. Dies würde nach ihrer Auffassung die Produktivität erhöhen und Kosten senken.

Die OVOC-Studie belegt auch, dass sich die Produktionsleiter proaktive Teams wünschen – bspw. um anstehende Aktivitäten vorausschauend zu erfassen und abzuschätzen oder um potenzielle Produktionsprobleme mit drohenden Ausfallzeiten zu erkennen. Stattdessen konzentriert sich die Mehrzahl auf reaktive Arbeiten wie die Wartung und Anpassung ihrer Batch-Server.
Zusätzlich erschwert werden die Herausforderungen der Betriebsmannschaft durch die Tatsache, dass eine zunehmende Anzahl älterer Bediener und Prozessingenieure in Ruhestand gehen und durch weniger erfahrenes Personal ersetzt werden. Dadurch ergibt sich eine Qualifikationslücke hinsichtlich der Führung und Wartung kritischer Batch-Anlagenkomponenten.

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.

Bspw. verwendet die Honeywell Experion Batch-Lösung 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 den Ingenieuren einen tieferen Einblick in anstehende Ereignisse oder 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.
Auf diese visuelle Intelligenz kann auch von den Mitarbeitern im Feld über eine App auf ihrem mobilen Gerät zugegriffen werden. Die App gibt einen Überblick zum Status der Produktion und zu Mitteilungen, so dass das Personal eingebunden bleibt, wo immer 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 erheblichen Nutzen. Beispielsweise können weniger erfahrene Ingenieure nachvollziehen, welche Schritte ihre gestandenen 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 bei Prozessabweichungen oder Ausrüstungsfehlern bspw. mit Funktionen der geführten Fehlersuche zu begegnen. Dies hilft ihnen, die Produktion mit minimaler Ausfallzeit wieder aufnehmen zu können.

Technologische Lösungen dieser Art adressieren darüber hinaus maßgeblich die Qualifikationslücke, indem Informationen zum aktuellen und zukünftigen Betriebszustand in natürlicher und intuitiver Form präsentiert werden und damit den erforderlichen technologischen Wissensstand in Grenzen halten.

Weitere Verbesserungen der Effizienz

Bei der Projektierung der Batch-Abläufe können Hersteller entweder an der traditionellen, zentralisierten Batch-Konzeption festhalten, oder sie können sich für die progressivere, an DIN EN 61512 (IEC 61512/ISA88) ausgerichtete modulare Batch-Umgebung entscheiden; 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 brachten. Wie? Die Installation der Batch-Funktionalität in prozessnahen Komponenten (Controllern), die den Teilanlagen zugeordnet sind, minimiert drastisch das Risiko, da eine einzige, zentrale Komponente keine stabile Basis für den Anlagenbetrieb darstellt. Der Vorteil der modularen Auslegung besteht auch darin, dass das Projektierungs- und Wartungspersonal einen Teilanlagen-Controller außer Betrieb nehmen kann, ohne dadurch die anderen Teilanlagen zu beeinträchtigen. Dies ist vergleichbar mit einer modernen Lichterkette, bei der die Entfernung einer einzelnen Lampe nicht den Rest ausschaltet. Die modulare 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 naturgemäß 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 der Verzögerungen durch zusätzliche Kommunikation zwischen den Komponenten.

Prozessnahe Komponenten werden oft für die Aufgabe der Teilanlagensteuerung überdimensioniert. Mehrere Teilanlagen werden dann gerne einem solchen Controller zugeordnet, weil die Kapazität das noch zulässt. Dadurch erhöht sich aber die Komplexität bei der Wartung und auch die Durchführung von Updates wird schwieriger. Ein flexibler, an Teilanlagen orientierter Ansatz vermeidet diese Herausforderungen.

Virtuelle Controller erhöhen Flexibilität

Hinzu kommt, dass neue Lösungen mit virtuellen Controllern für den Teilanlagen-Betrieb das gleiche robuste und integrierte Betriebssystem verwenden wie ein physisch installierter Teilanlagen-Controller. Dies unterstützt eine flexible Rezepterstellung, umfangreiche Testabläufe sowie die Ausführung leittechnischer Applikationen (wie in Pilotanlagen oder Laboratorien) in einer virtuellen Umgebung.

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 (z. B. für Speicherbedarf oder Prozessorleistung). Das gibt den Anwendern weitere Parameter zur Optimierung ihres Batch-Betriebs.

Bei der Simulation und Installation bietet ein virtuelles System weitere 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 dieser Ausrüstungen und ein einfaches Management der Reserven. Damit kann der Ingenieur Ein-/Ausgänge schnell und aus der Entfernung konfigurieren, ohne zusätzliche Hardware-Module zu benötigen.

Zusammenfassung der Vorteile

Die heutigen virtuellen Prozesslösungen überwinden lange bekannte Frustrationen bei Batch-Betreibern durch ein bisher unerreichtes Niveau an Verfügbarkeit, Effizienz, Produktivität und Zuverlässigkeit. Anwendererfahrungen wurden inzwischen umgesetzt – und bieten dem Anlagenpersonal klare, intuitive, berührungs-sensitive Darstellungen sowie interaktive Arbeitsabläufe, mit denen eine bessere Planung unterstützt, Überraschungen eliminiert und Stress reduziert werden kann.
Als weitere Vorteile sind anzuführen: Das Rezept-Management wird durch apparate-neu­trale Grundrezepte vereinfacht, Prozeduren können ohne Batch-Software auf der Server-Ebene ablaufen und leittechnische Umgebungen können so zugeschnitten werden, dass sie auch für die kleinste Batch-Anlage passen.

Fazit

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.

Wesentlich ist, dass angepasste Batch-Prozesse den Durchsatz und die Anlagenauslastung erhöhen, Kosten senken, die Produktqualität verbessern und behördliche Konformität erreichen – kurz, einen klaren Wettbewerbsvorteil erzeugen und die Aussichten auf einen wirtschaftlichen Erfolg steigern.