Wie kann man neue Produkte möglichst schnell auf dem Markt einführen? Diese Frage beschäftigt die Industrie seit jeher – auch Merck, eines von Deutschlands führenden Unternehmen in den Bereichen Wissenschaft und Technologie, mit Schwerpunkt auf den Bereichen Healthcare, Lifescience und Electronics. Für die Optimierung der Preisentwicklung und zur Verkürzung der Time-to-Market schlug Merck einen ganz neuen Weg ein: Modularisierung auf Basis des Module-Type-Package(MTP)-Standards. „Am Anfang zogen wir MTP noch gar nicht in Erwägung, da die Technologie noch sehr neu war. Mit den Experten von Copa-Data entschieden wir jedoch, den MTP/POL-Standard in einem Pilotprojekt auf die Probe zu stellen. Innerhalb eines halben Jahres waren wir davon überzeugt und starteten die Übertragung unserer Erfahrungen auf das Hauptprojekt“, erzählt Manfred Eckert, Associate Director Process Development bei Merck.
Modularisierung sorgt für mehr Flexibilität in der Produktion
Etwa 120 Abzüge, die mit Laborequipment wie Dosiermodulen, Pumpen und Rührern ausgestattet sind, befinden sich im Laborgebäude von Merck. Die Versuche wurden bisher immer per Hand oder mithilfe eines konventionellen Laborleitsystems durchgeführt. Nachdem hierfür das Labor häufig umgebaut werden musste, war dies immer mit einem großen zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden. Die modulare Automatisierung besitzt hier ein besonders großes Potenzial.
Nachdem das Pilotprojekt erfolgreich abgeschlossen wurde, begannen Merck und Copa-Data in einem neuen Laborgebäude mit der Automatisierung von 60 Abzügen und den dazugehörigen Prozessmodulen. Dabei wurden eigene MTP-Schnittstellen für die einzelnen Geräte geschaffen. Diese sind eine Grundvoraussetzung für die spätere Automatisierung und Orchestrierung der Module über die POL. In der Prozessentwicklung ist der Modulschnitt sehr klein. MTP bietet auch hierbei einen entscheidenden Vorteil: Um die nötigen Schnittstellen zu schaffen, können unabhängig von Hardware und Hersteller diverse Steuerungssysteme verschiedenster Skalierung eingesetzt werden. So muss man nicht jedes Modul mit einer teuren SPS ausstatten.
MTP ermöglicht einfache Bedienbarkeit
Merck und Copa-Data verfolgten das Ziel, für den Versuchsaufbau benötigte Module auch den Laboranten zugänglich zu machen, die bisher keine Programmierkenntnisse haben. Das spart Zeit und sorgt für größtmögliche Flexibilität. Die Funktionsweise und das Prinzip von MTP sind hierbei vergleichbar mit einem Druckertreiber. Der Drucker wird mitsamt der Treibersoftware geliefert. So kann er an jeden PC angeschlossen und ohne weiteren Programmieraufwand angesteuert werden. Dank Plug-and-play können Serviceleistungen wie „Drucken“ oder „Scannen“ sofort nach dem Anschließen abgerufen werden. In der Prozessindustrie entspringt das „Plug-and-Produce“ genau diesem Gedanken. Die Anwender können mithilfe der MTP-Technologie eine Prozessanlage zeitsparend und einfach aus mehreren Prozessmodulen zusammenstellen, bedienen und orchestrieren. Die Module besitzen hierbei eine eigene Intelligenz. Dadurch muss man sie nur mit einem Netzwerk verbinden, um sie von der POL aus bedienbar zu machen. Eine weitere Programmierung ist nicht erforderlich. Dies ermöglicht jederzeit eine schnelle Änderung der Anlagenkonfiguration. Die Kommunikation läuft dabei über das offene Kommunikationsprotokoll OPC UA.
MTP erlaubt die einfache Reproduktion von Versuchsaufbauten
Einfachere Bedienung, eine schnellere Time-to-Market und mehr Flexibilität – die modulare Automatisierung bietet viele Vorteile für die Prozessentwicklung. Ein Aspekt ist hier jedoch besonders hervorzuheben: die hohe Reproduzierbarkeit der Versuchsaufbauten. Die POL ermöglicht nämlich nicht nur die Steuerung und Visualisierung des Versuchsablaufs auf Basis der Rezepte. Zenon Report Engine zeichnet die Daten des Versuchs auf und erstellt ein Reporting. Sobald der Entwicklungsprozess und ein konkretes Rezept definiert sind, ist eine Reproduktion des Herstellungsprozesses mit denselben Rahmenparametern immer wieder möglich. So wird den Laboranten die händische Dokumentation der Parameter erspart und die Qualitätssicherung erleichtert.
Mit MTP wurde eine neue IT-Infrastruktur installiert
Der Zeitrahmen für die Umsetzung war sehr eng gesteckt: Innerhalb von nur zwei Jahren wurde die modulare Automation eingeführt und in die POL integriert. „Für so ein Projekt ist das eine außergewöhnlich kurze Zeit. Unsere Zusammenarbeit war geprägt von einem hohen Maß an Agilität. Denn bis dato gab es noch keine POL, die den Ansprüchen von Merck entsprach. Diese haben wir erst im Laufe des Projekts entwickelt“, sagt Eckert.
Für die Projektbeteiligten war der Zeitplan jedoch nicht die einzige Herausforderung. Bei Merck wurde parallel zur Einführung der MTP-Technologie eine neue IT-Infrastruktur etabliert. Dies geschah mit Blick auf das Ziel, die IT produktionsnah aufzustellen. Das ermöglicht eine garantierte Verfügbarkeit rund um die Uhr und die Erfüllung der Sicherheitsanforderungen in der Produktion. Die POL wurde direkt in die neue IT-Infrastruktur integriert. Hinzukommend wurde zeitgleich der Standard VDI/VDE 2658 aktualisiert, was bei der Umsetzung des Projekts berücksichtigt werden musste.
Im nächsten Schritt wird die Umsetzung von MTP bei Merck in den USA erfolgen. Zudem soll die garantierte Zuverlässigkeit der automatisierten Prozesse so hoch werden, dass die Prozessanlagen auch über Nacht durchgängig betrieben werden können. Insbesondere im Umgang mit Chemikalien ist hierfür der Ausschluss von wichtigen Sicherheitsrisiken eine Grundvoraussetzung.
Vollumfängliche POL
„Die Zenon-POL ist eine der ersten am Markt mit nahezu vollumfänglichen POL-Funktionalitäten. Wir freuen uns, dass wir das System mitentwickeln konnten und es ab sofort für unsere Prozessentwicklung einsetzen können. Es war ein gemeinsamer Weg mit ständigen Anpassungen, Änderungen und Optimierungen. Auch zukünftig wollen wir die POL gemeinsam mit Copa-Data optimieren“, sagt Manfred Eckert.
Copa-Data GmbH, Ottobrunn
Autor: Frank Hägele
Sales Director,
Copa-Data
