Prozesstechnologie

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Life-Science-Produktion mit Effizienz-Turbo

Autor: Vogel Corporate Media/Edgar Lange

Im Zuge zunehmenden Wettbewerbs- und Kostendruckes ist die Life Science-Industrie gefordert, die Effizienz ihrer Prozesse weiter zu steigern. Die Experten sind sich einig: Die Zukunft der industriellen Fertigung im Bio-/ Pharma-/ Chemie-/ Food-Bereich liegt in der „Smart Factory“, der intelligenten Fabrik. Diese zeichnet sich durch die Vernetzung der einzelnen Teilsysteme und Prozessschritte aus und erlaubt so die automatisierte Überwachung und Steuerung aller chemischen Reaktionen und biotechnologischen Prozesse. Dahinter steckt die Grundidee der „Industrie 4.0“, der nächsten Stufe nach der Digitalisierung von Fertigungsprozessen.

Auf der Fachmesse ILMAC für Labor- und Prozesstechnologie aus den Branchen, Chemie, Pharma, Biotechnologie, Kosmetik und Food präsentieren Anbieter und Aussteller neue Ansätze sowie Lösungen, wenn es um industrielle Anwendungen der Labor- und Prozesstechnologie geht. Die aktuellen Branchentrends dabei sind:

  • Kostensenkung, Effizienzsteigerung, Reaktionszeitenverbesserung sowie Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit
  • Smart Factory – die intelligente Fabrik
  • Mehr Fortschritte in Richtung „Industrie 4.0“ und Vernetzung
  • Optimierung der Verfahrens- und Prozesstechnologie
  • Digitalisierung und Biologisierung (Zusammenführung technischer und biologischer Komponenten)

Die Automatisierung in der Prozessindustrie hat deutlich an Bedeutung gewonnen. Der Trend geht eindeutig in Richtung vernetzter Systeme – wer nicht vernetzt, bleibt zurück.

Auch wenn man den Begriff der Industrie 4.0 heute noch eher mit der Herstellung von Industriegütern wie Maschinen oder Autos verbindet, hält die durchgängige Vernetzung von Produktion und Maschinen nun auch im Bereich der Biotechnologie Einzug. Das ist eine besondere Herausforderung, weil man es hier meist nicht mit Hardware-Komponenten, sondern mit sensitiven Substanzen oder lebenden Objekten zu tun hat, die sich – anders als eine Zahnrad oder eine Schraube – umwandeln bzw. vermehren. So umfasst die biotechnologische Produktionswelt im Industrie 4.0-Zeitalter etwa vollautomatische Anlagen zum Generieren von Stammzellen, für das Tissue-Engineering (die Produktion von Gewebemodellen) sowie für die Produktion von individualisierten Medikamenten. Die vernetzte Steuerung muss auch hiermit klarkommen und einen Prozess echtzeitgerecht steuern können.

Brücke zur digitalen Welt

Aussteller Endress+Hauser schlägt hier mit seiner Software-Lösung für Industrie 4.0-Anwendungen eine Brücke von verfahrenstechnischen Ebene in die Welt digitaler Prozessautomation. Sie portiert Felddaten aus Prozessanlagen an nachgelagerte betriebswirtschaftliche IT-Systeme wie beispielsweise SAP ERP. So gelangen die Daten zielgerecht und schnell dorthin, wo sie benötigt werden. Waren bisher Daten aus verschiedenen Prozessen noch auf die einzelnen Automatisierungsinseln verteilt und mussten erst aufwändig zusammentragen werden, führt die neue Endress+Hauser-Software diese nun automatisch auf dem übergeordneten betrieblichen Informationssystem zusammen.

Mikroskop

In einem ersten Projekt hat sich die Software jetzt bei einem großen Chemieparkbetreiber für die Überwachung von Wasseranalysestationen bewährt. Nicht zuletzt deswegen wurde die Software kürzlich auch von Seiten der Allianz Industrie 4.0 prämiert.

Mit papierloser Pharmaproduktion zu mehr Effizienz

Zu den wesentlichen Arbeitsschritten zeitgemäßer Pharmaproduktion zählt heutzutage die Dokumentation – meist jedoch noch verbunden mit einem hohen personellen Aufwand. Angefangen bei den Rohstoffen über deren Verarbeitung, Wägungen, bis hin zu Transport und Lagerung und der Erzeugnisse müssen Pharmaunternehmen heute gewissenhaft nachweisen, dass alle Vorgaben umgesetzt wurden. Ein solcher „Batch Record“ stellt eine Art Biografie der einzelnen Charge dar, und umfasst je nach Medikament etliche hundert Seiten Papier. Eine neue Lösung von Siemens, auf der ILMAC durch die Siemens Schweiz AG vertreten, soll künftig für die „papierlose Pharmaproduktion“ sorgen und den Dokumentationsaufwand verringern.

Dazu werden alle Daten des Produktionsprozesses vollautomatisch aufgezeichnet und im „Electronic Batch Record“ (eBR) hinterlegt werden, was die die Effizienz deutlich erhöht. Mit der papierlosen Pharmaproduktion ist also ein Effizienz-Turbo für die Produktion konventioneller Heilmittel verbunden – sie ist aber auch Voraussetzung für personalisierte Therapien zur Behandlung von Krebserkrankungen, um einen Tumor individuell und zielgerichtet zu bekämpfen. Hier kann die papierlose Pharmaproduktion dazu beitragen, die patienten-spezifische Herstellung zu dokumentieren. Denn dies muss in jedem Einzelfall genauso akribisch geschehen, wie bei millionenfach hergestellten Blockbuster-Medikamenten.

Die fortschrittliche Siemens-Lösung ist schon bei einigen Pharmaproduzenten in Europa, den USA und Asien im Einsatz. Dort bringt sie nur die Papierberge kräftig zum Schrumpfen, sondern reduziert ebenfalls merklich den Personaleinsatz – zum Teil reicht jetzt ein einziger Mitarbeiter, wo vorher noch etliche Kollegen mit der Durchsicht und Dokumentation zu tun hatten.

Außerdem kann die Qualität der Prozesse deutlich verbessert werden: Die Software erkennt mittels „Review by Exception“ von alleine Abweichungen während des Herstellungsprozesses und weist schon im eBR rechtzeitig auf Probleme hin. Dies vermeidet unnötige Kosten. Denn ohne papierlose Pharmaproduktion dauert es häufig Tage, bis ein Fehler hervortritt – dann ist die Produktion meist schon zu weit fortgeschritten, so dass im ungünstigsten Falle die vollständige Charge vernichtet werden muss.

Robotergestützte Automation in keimfreien Umgebungen

Nicht zuletzt spielt aber auch die mechanische Automatisierung der Prozesse eine wichtige Rolle. Etwa mittels Robotern und Handhabungssystemen. Diese müssen jedoch für sensitive aseptische Umgebungen in Medizin-, Pharma-, Biotechnologie- oder Lebensmittel-Produktion ausgelegt sein. Mit der Entwicklung des weltweit ersten Stericlean-Roboters ist es Aussteller Stäubli Robotics gelungen, keimfreie Prozesse in VHP-Umgebungen (Vaporized Hydrogen Peroxide - Sterilisation mit Wasserstoffperoxiddampf) zu automatisieren. Fortan sind hier alle sechsachsigen TX-Roboterbaureihen auch in Stericlean-Ausführung verfügbar, welche den strengen GMP-Richtlinien entsprechen. Die leistungsfähigen Maschinen lassen sich dank spezieller Kapselung und Oberflächenversiegelung sowie der Ausführung hochbeanspruchter Komponenten in Edelstahl in aseptischen Produktionsbereichen einsetzen.

Hiermit konnte jetzt also ein Durchbruch für eine robotergestützte Automation innerhalb keimfreier Umgebungen erreicht werden. Solche Knickarmroboter können z.B. Zentrifugenröhrchen, sog. Falcon Tubes entnehmen. Aufgrund der Bauweise lassen sich die Basismodelle leicht zu Stericlean-Modellen umrüsten und in einer Vielzahl von Varianten für unterschiedliche Einsatzfälle anbieten – für Anlagenbetreiber ein Kostenvorteil.

Intelligente Vision Lösungen, das Auge der Automation

Der Prozessautomatisierung Augen verleiht Aussteller Mettler Toledo (Schweiz) mit seiner neuen optischen Inspektionslösung V2622. Diese basiert auf dem Einsatz von modernen Smart-Kameras mit eigener integrierter Intelligenz, die ohne PC-Intelligenz auskommen. Damit gelingt eine hundertprozentige Qualitätskontrolle etwa von Los- und Chargennummern, Kennzeichnungen, flachen Codes, Mindesthaltbarkeitsdaten, sowie Texten. Daneben erweitern mögliche Kontrollen von Verpackungsmerkmalen wie korrektem Verschluss oder richtiger Deckelfarbe das Anwendungsspektrum. Mettler Toledo richtet sich damit vor allem an Produzenten, welche die Qualitätssicherung ihrer Produkte ohne großen Aufwand und kostengünstig weiter optimieren möchten.

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