Die Herstellung von Medikamenten ist komplex und ein häufig sehr langwieriger Prozess. Teils müssen Produktansätze über Wochen und Monate verarbeitet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Ein Verlust durch einen ungeplanten Ausfall zum Ende des Produktionsprozesses kann deshalb exorbitant hohe Schäden verursachen. Dazu kommt, dass es gerade in der Pharmaindustrie zahlreiche Traditionsunternehmen gibt, in denen auch ältere Anlagen nach wie vor genutzt und sukzessive modernisiert werden.
Zustand der Netzwerkstruktur kennen
Das Wissen um den Zustand von Produktionsanlagen wirkt sich deshalb in der Pharmabranche in besonderem Maße unmittelbar auf Produktion und Produktivität aus. Das gilt auch für das Netzwerk: Denn die Netzwerkinfrastruktur mit Datenleitungen und Steckverbindungen ist den Umweltfaktoren in der Produktion ebenso ausgesetzt wie mechanische Komponenten. Oxidation und Korrosion an den Steckverbindungen und mechanischen Belastungen wie Biegebeanspruchung oder Torsion führen zu Verschleiß und erhöhen das Ausfallrisiko.
Auch Datenleitungen unterliegen dem Verschleiß
Die Datenleitungen in Maschinen und Anlagen müssen also als verschleißbehaftete Komponente verstanden und in das Wartungs- und Instandhaltungskonzept einbezogen werden. Managed Switches sind hier eine hervorragende Lösung, um den Zustand der Dateninfrastruktur im Blick zu behalten. Sie bilden die Basis, um rechtzeitig und ausschließlich am konkreten Fehlerort aktiv Wartungen vorzunehmen.
Netzwerksicherheit geht alle an
Deshalb sind Pharmaunternehmen, die Netzwerkmodernisierungen planen, gut beraten, alle Stakeholder in die anstehenden Entscheidungen einzubeziehen und diese wichtige Investitionsfrage nicht isoliert zu betrachten. Nur so kann es vermieden werden, dass etwa der Einkauf aus nachvollziehbaren Gründen für eine – auf den ersten Blick – günstigere Lösung mit konventionellen Switches plädiert. Erst im Austausch mit Konstrukteuren und Planern sowie Verantwortlichen aus Technik und Instandhaltung wird deutlich, welche Sicherheitsgewinne und Einsparpotenziale – auch an internen Ressourcen – sich aus dem Einsatz intelligenter managed Switches ergeben.
Managed Switches sparen Zeit und Ressourcen
Denn eine allein ausfallorientierte Instandhaltung, zum Beispiel der Austausch defekter Teile, kann nicht die Lösung sein. Viele Pharmaunternehmen wissen das und setzen auf die vorbeugende Instandhaltung (preventive Maintenance), bei der Komponenten zustandsabhängig ausgetauscht werden. Es lassen sich so zwar Ausfälle vermeiden, doch angesichts einer stetig sinkenden Verfügbarkeit von Material und Personal sind solche Strategien auf Dauer nicht zu empfehlen, teuer und aufwendig.
Die wirtschaftlichste Lösung zur Instandhaltung von Netzwerken ist u. a. der zustandsorientierte Tausch von Datenleitungen auf Basis verfügbarer Daten in Form von Qualitätsparametern (predictive Maintenance).
Bringen Grundintelligenz mit
Dies gelingt mit intelligenten managed Switches. Sie sind die zentrale Stelle in Produktionsanlagen mit hoher Automatisierung, ethernetbasierter Echtzeitkommunikation und extrem hohem Sicherheitsanspruch. Managed Switches bringen eine Grundintelligenz mit: Sie steuern, wo und auf welchem Port die Information gesendet werden soll. Sie erkennen die Nachbarn, überwachen die Arbeitsgeschwindigkeit an den Ports, kontrollieren Auslastung und Verfügbarkeit und prüfen, ob es zu Discards (verworfene Telegramme) kommt. Neben diesen Informationen zum Datentransport kann ein managed Switch mit intelligenter integrierter Sensorik auch Informationen zu Umweltgrößen (z. B. Temperatur), zur Leitung, Kabelgüte und EMV-Belastung (Schirmstöme) digital erfassen und damit wichtige Informationen als nutzbaren Mehrwert an die Instandhaltung bzw. das zentrale Instandhaltungstool liefern. Damit wird der Zustand des Netzwerkes in seiner Gesamtheit abgebildet. Das lässt zu jeder Zeit eine verbindliche Aussage über Sicherheit, Zuverlässigkeit und Stabilität zu.
Machen das Netzwerk transparent
Neben dem Verschleiß von außen kommt es auch zu sporadischen, nicht reproduzierbaren Ereignissen innerhalb des Netzwerks. So können Ereignisse der azyklischen Datenkommunikation zu Lastspitzen und somit zum Überlaufen (Discards) der internen Speicher führen, was ohne Monitoring nicht wahrnehmbar ist. Zwar wirkt sich das nicht immer direkt auf die Funktion der Maschinen aus, die Ereignisse sind aber Vorboten zukünftiger Probleme. Denn überlastete Switchports haben immer eine Ursache: Zum Beispiel ist es möglich, dass die Leistungsklasse eines Switches nicht der erforderlichen Bandbreite entspricht. Insbesondere in der Pharmaindustrie muss dann schnell gehandelt werden, um jedes Risiko auszuschließen.
Dauerhafte Überwachung der Kommunikationsqualität
Häufig wird mit einem Aus- und Anschalten reagiert, aber die Ursache der Fehler bleibt im Dunkeln. Eine zentrale Monitoring-Software, mit deren Hilfe der Zustand jedes einzelnen Switchports permanent ausgelesen (z. B über SNMP-Protokoll), analysiert, graphisch aufbereitet und webbasiert dargestellt wird, ermöglicht eine dauerhafte Überwachung von Kommunikationsqualität und Netzwerkzustand. Veränderungen und Auffälligkeiten werden damit sofort sichtbar und die einfache Anzeige in den typischen Ampelfarben weist den Instandhalter zielführend auf die mögliche Schwachstelle hin.
Elektromagnetische Verträglichkeit
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Schirme schützen Datenleitungen vor magnetischen Einflüssen, sie werden aber immer wieder mit Potenzialausgleichströmen belastet, die in die Geräte gelangen können. Das führt zu Störungen und Unregelmäßigkeiten im Datenverkehr und kann die elektronischen Geräte im Steuerungssystem der Maschinen beschädigen oder sogar zerstören. Diese Störquellen gilt es auszumachen und frühzeitig zu erkennen, um Gegenmaßnahmen (Verbesserung oder Optimierung des Potentialausgleiches) durchzuführen. Eine ausgeklügelte Messschaltung kann das aktuelle Schirmstromniveau überwachen und bei einer Überschreitung der Werte den Frequenzverlauf aufzeichnen. Dann wird zu einem solchen Ereignis (z. B. Spannungsspitze) automatisch ein Snapshot im internen Ereignisspeicher angelegt. So werden Ereignisse erfasst und stehen permanent für die Analyse zur Verfügung. Die Ursachen und Zusammenhänge für EMV-Störungen werden nachvollziehbar. Übersteigt der Ableitstrom vordefinierte Schwellwerte, erfolgt eine Warnung.
Sicherheit der Gesamtanlage steigt
Außerdem warnt das Alarmmanagement der Switches vor einer Überschreitung der Gerätetemperatur – und somit der Temperatur im Schaltschrank – und überwacht die Konstanz der 24-V-Versorgungsspannung. Nicht zuletzt tragen die vorgenannten Funktionalitäten eines intelligenten managed Switches erheblich zur Sicherheit der gesamten Anlage bei. Denn der erste Schritt zur Netzwerk-Security beginnt mit dem Wissen um den Zustand des Netzwerkes.
Lückenlose Netzwerküberwachung für die Pharmaproduktion
Die Netzwerkmonitoring- und Diagnosefunktionen der managed Switches erlauben damit den lückenlosen Überblick über Anlagen und Netzwerkabschnitte. Plötzliche, nicht reproduzierbare Ereignisse können nachverfolgt und die Ursache ermittelt werden: Kommunikationsereignisse werden gespeichert, grafisch in Balkendiagrammen visualisiert und ihr Qualitätswert abgebildet. Zum Vergleich kann ein Soll-Ist-Wert hinterlegt werden. Die Performance jeder Leitung kann so dargestellt werden: Eine integrierte Weboberfläche erlaubt ohne zusätzliche Software den vollen Zugriff auf die Monitoring- und Diagnosedaten. Wird eine Auffälligkeit bemerkt, liegen bereits erste Daten vor – ohne manuellen Messaufwand. Die Daten aus dem Netzwerk können in die vorhandenen Instandhaltungstools eingebunden oder über eine leistungsstarke Software analysiert werden. Damit verfügen Pharmaunternehmen über ein performantes Tool, um ihre Instandhaltungsansätze auch auf ihre Datennetzwerk auszuweiten und sowohl Verfügbarkeit als auch Sicherheit ihrer Produktionsanlagen zu optimieren.
Indu-Sol GmbH, Schmölln
Autor: Heiko Beer
Service Account Manager,
Indu-Sol
Autor: Michael Röhler
Technischer Vertrieb,
Indu-Sol
