Wie aus Lebensmitteln und Getränken Plug & Produce werden kann

Um weiterhin rentabel zu produzieren, müssen die Produktionslinien daher flexibel werden. In der Praxis werden die Produktionseinheiten lernen müssen, auf standardisierte Weise miteinander zu kommunizieren. Das Module Type Package ist der Standard, der das Konzept der modularen Automatisierung in der Lebensmittelindustrie prägt. Siemens sieht darin die Antwort auf den Weg zu einer Plug & Produce-Fabrik, die schnell zwischen Produkten wechseln kann.

Text Valérie Couplez |  Bild Siemens

Module Type Package (MTP), man hört es in Köln donnern, aber dieses Konzept setzt sich in der Prozessindustrie und damit auch in der Lebensmittelindustrie mehr und mehr durch. Es ist ein Standard, der im Schoße der Namur, der Anwendervereinigung für Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie, entwickelt wurde. Der MTP-Standard hat ein klares Ziel vor Augen: Modularität zu ermöglichen. Warum das wichtig ist, erklärt Kris Van Heurck, Sales Manager Process Industries bei Siemens. "Anlagen zur Herstellung von Lebensmitteln sind heute physisch miteinander verbunden. Sie sind zusammengeschweißt und oft im Gebäude verankert, so dass es nicht möglich ist, ohne das notwendige Engineering einen weiteren Prozessschritt hinzuzufügen. Auch die Software, die diese Maschinen verwenden, bietet keine Flexibilität. Sie ist proprietär und wenig offen, so dass es schwierig ist, Daten zu extrahieren. Das dritte Hindernis, das einen schnellen Wechsel zwischen den Produktchargen verhindert, ist die Tatsache, dass Rezeptur und Technik sehr eng miteinander verwoben sind. Änderungen in beiden Bereichen haben daher große Auswirkungen."

Kommunikation in standardisierter Form

Damit dies nicht mehr der Fall ist, muss jede einzelne Maschine lernen, mit anderen Produktionseinheiten und übergeordneten Systemen auf standardisierte Weise zu kommunizieren. Je nach Produkt können dann die jeweils richtigen Maschinen kombiniert werden. "Der MTP-Standard ist die Antwort auf diese Herausforderungen. Er beschreibt genau, was jedes Modul ist und welche Leistungen es erbringen kann. Eine Produktionslinie wird je nach Produkt immer aus verschiedenen Modulen zusammengesetzt sein. Module, zwischen denen schnell umgeschaltet werden kann und die die nötige Flexibilität bieten, um auch mit kleineren Produktchargen profitabel zu produzieren. Die physikalische Schicht besteht aus einer MTP-Schnittstelle, die die Verbindung zwischen den Produktionseinheiten herstellt. Es ist dann hauptsächlich die Software, die alle Produktionsschritte flexibel verknüpft und automatisiert. Im Gegensatz zu DCS-Systemen arbeiten wir mit einem 'Orchestrator', einem Regisseur, der weiß, wie man alle Module integriert", sagt Van Heurck.

Null Technik

Siemens bietet dafür sein TIA Portal und PCS neo an. "Für den Ingenieur ist es ein Kinderspiel, diesen zusätzlichen Schritt hinzuzufügen. Er muss lediglich die Automatisierungsschnittstelle jedes einzelnen Moduls als MTP-Paket bereitstellen und dem Orchestrator anbieten. In diesem Fall ist das PCS neo. Das TIA Portal ist bereits mit einer Bibliothek verschiedener MTP-Typen ausgestattet, weil wir daran glauben, dass das die Zukunft ist. Der Aufwand für das Engineering ist gleich Null, alles wird Plug & Produce sein", sagt Van Heurck begeistert. Sobald alle Module und Messungen individuell konfiguriert sind, können sie zunächst vollständig virtuell mit einer Simulationssoftware getestet werden. Auf diese Weise kann man schon sehen, ob alles richtig funktioniert. Wenn das der Fall ist, kann alles sicher und zuverlässig über OPC-UA an den Orchestrator kommuniziert werden. "Der bündelt alles, testet die Automatisierung und die Verknüpfungen, sorgt für die Kommunikation und exportiert das Ganze in einem MTP-Format, so dass es in der physikalischen Welt eingesetzt werden kann. Dort muss man dann nur noch die physische MTP-Schnittstelle anschrauben, um loszulegen."

Unterstützung durch Maschinenbauer erforderlich

Diese Arbeitsweise macht es einfach, zusätzliche Schritte dazwischenzuschalten. Van Heurck: "Bei der Entwicklung eines neuen Produkts kann man zum Beispiel sehen, ob eine zusätzliche Filtrationsstufe die erhoffte Qualität bringt. Oder ob man besser auf saisonale Trends reagieren kann. Oder auf unerwartete Umstände. Während des ersten Lockdowns haben die Brauereien zum Beispiel damit begonnen, vorübergehend Alkoholgele zu produzieren, um die hohe Nachfrage zu befriedigen. Mit MTP wird das ein Kinderspiel. Es liegt nun an den Maschinenherstellern und Endanwendern, diesen Standard mit offenen Armen zu empfangen. In der pharmazeutischen Industrie ist man damit schon weiter. Dort wird zum Beispiel mit 'Ballroom'-Konzepten gearbeitet. "Geräte für ein bestimmtes Produkt werden hineingerollt und wieder weggefahren, um Platz für andere zu schaffen, wenn die Charge fertig ist. Dies wird auch in der Lebensmittelindustrie Einzug halten, sobald mehr Geräte auf den Markt kommen, die dem MTP-Standard entsprechen. In bestehenden Produktionsumgebungen wird dies natürlich weniger offensichtlich sein, aber es können bereits Schritte unternommen werden, indem alle Maschinen lernen, mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren. Das ist bereits ein wichtiger Schritt in Richtung Modularität und damit Flexibilität", so Van Heurck abschließend.