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Softwaregestützte Rezeptursteuerung

Herstellung von Reinigungs- und Textilpflegemitteln

Softwaregestützte Rezeptursteuerung

Für die Herstellung von Reinigungs- und Pflegeprodukten setzt die Büfa-Gruppe seit 2001 eine Kombination aus Visualisierungs- und Rezeptursystem ein. Im Rahmen eines Modernisierungsprojekts wurden Infrastruktur und Software erweitert und um einen neuen Leitstand ergänzt – ohne Auswirkungen auf die nachgeschaltete Produktion.



Bild: Büfa

Die Büfa-Gruppe bietet weltweit hochwertige Systemlösungen im Bereich Industrie-Chemikalien, Lebens- und Futtermittel-Zusatzstoffe für Handel und Produzenten an. Das mittelständisch geprägte Familienunternehmen versteht sich als kompetenter Partner mit Fokus auf Qualitätsniveau, Produktsicherheit und Termintreue. Am Standort Oldenburg-Ohmstede produziert die Büfa Reinigungssysteme GmbH & Co. KG Reinigungsund Desinfektionsprodukte für die Betriebshygiene in der Nahrungs- und Genussmittelbranche sowie Reinigungs- und Pflegeprodukte für die Industrie- und Fahrzeugreinigung. Außerdem werden hier Spezialreinigungsprodukte zur Textil- und Lederreinigung und für Wäschereien hergestellt. Die Produktion in der norddeutschen Anlage, wo rund 500 verschiedene Produkte hergestellt werden und die Rezepte bei jedem Auftrag um Einarbeitungen und Ersatzstoffe variieren können, setzt seit über zehn Jahren auf eine Lösung bestehend aus Wonderware Software-Komponenten. Alle Rezepte müssen flexibel auf allen Behältern fahrbar sein, eine Generierung von behälterbezogenen Rezepten ist daher nicht möglich.

Automatische Erstellung von Steuerrezepten

Dadurch stellt sich die eingesetzte Rezeptursoftware Wonderware Inbatch für den Anwender als System ‘ohne’ Rezepte dar. Im Hintergrund werden die EDV-Aufträge automatisch zu Steuerrezepten generiert. Der serverseitige Rezepteditor der Lösung wird lediglich während der Inbetriebnahme zu Debug-Zwecken benutzt. Das Konzept teilt die Anlage dazu nach Linien auf und ordnet das entsprechende Equipment zu. Zudem bietet Wonderware Intouch dem Betreiber eine Visualisierung für Daten aus den Steuerungen. Die Active X-Elemente des Systems erlauben dem Anwender, Aufträge zu laden, zu verifizieren und zu starten. Die eingesetzte SQL-Datenbank wird zur Archivierung und Aufbereitung von Stördaten genutzt. Über den Einsatz von Skripten werden Störungen der Anlagen in die Datenbank geschrieben beziehungsweise gelesen. Dort stehen sie für Auswertungen zur Verfügung. Bei Neuanlagen oder der Erweiterung von Anlagen wurden entsprechende Darstellungen auf der Visualisierung erstellt. Mit einer Uptime von zehn Jahren bei einer Ausfallzeit von nur einem Produktionstag hat die Lösung aus dem Jahre 2001 die prognostizierten Ziele weit übertroffen. Im Laufe eines Modernisierungsprojektes wurde die Nichtverfügbarkeit von Hardware und Programmkomponenten wie Betriebssystem und Treiber zum Anlass genommen, ein Upgrade-Projekt zur Erweiterung des Batchsystems durchzuführen.

Bild: Invensys Wonderware & G&O

Neue Architektur für Batch und Produktionsmanagement

Neben einem möglichst störungsarmen Systemübergang ohne negative Produktionsbeeinflussung stand dabei die Modernisierung des Systems einschließlich Netzwerk und Rechnerkomponenten im Vordergrund – bei Sicherstellung der hohen Verfügbarkeit. Gleichzeitig sollten keine oder nur geringfügige Änderungen an bestehenden SPS-Programmen erforderlich werden. Im Projektverlauf sollten Limitierungen hinsichtlich der Rezepterstellung behoben und doppelte Datenhaltung reduziert werden. Auch die Softwarearchitektur aus Manufacturing Execution-System (MES) sowie Batch- und HMI-System galt es neu zu strukturieren. Dabei sollten auch MES-Funktionen im Zusammenspiel mit dem Enterprise Resource Planning-System (ERP) Dynamics NAV von Microsoft erweitert werden. Des Weiteren stand die Überarbeitung das Visualisierungssystems und die Ersetzung der EX-fähigen Vorortvisualisierung durch einen vollwertigen HMI-Client auf dem Projektplan. Zum Einsatz kamen die Programmversionen Wonderware Intouch 10.1 für eine überarbeitete Visualisierung, Wonderware Inbatch 9.5 als Batch-Server sowie der Wonderware DA-Server Dassidirect 2.0 für die Anlagenkopplung. Auf MES-Ebene integrierte das Projektteam Microsoft SQL-Server 2008, Microsoft Visual Studio sowie Microsoft Reporting Services als Ersatz der bisherigen ‘Built-in’- Funktionen. Die Erzeugung der Rezepte sollte auf Basis von BatchML anstatt mittels vordefinierter Operationen und API-Aufrufe erfolgen.

Schrittweises Upgrade bestehender Systeme

Wie bereits im Jahr 2001 wurde der langjährige Wonderware-Systemintegrator G&O Automatisierungsgesellschaft mbH & Co. KG (G&O) mit der Umsetzung beauftragt. Der Dienstleister setzte die beiden Upgrade-Teilprojekte stufenweise um. Als erstes Projekt wurden die für die Visualisierung nicht mehr benötigten Komponenten entfernt, darunter auch zahlreiche Bedienschaltflächen und – fenster. Zudem entfielen die komplette Kopplung zum Enterprise Resource Planning-System (ERP) sowie die Rezeptgenerierung, die in einer C++-DLL -Datei ausgelagert war. Hiernach wurde die bereinigte Visualisierung über die Versionen 7.11, die auch ein neues Alarmmanagement umfasst, 8.0, 9.0 und 9.5 bis zur Version 10.1 hochgezogen. Dieses Vorgehen war insofern vorteilhaft, da sich der Integrator im Fall von Konvertierungsfehlern sofort mit der Ursache beschäftigen konnte, anstatt den Grund zwischen den Versionen zu suchen. Das Projekt ‘Inbatch-Konvertierung’ wurde analog durchgeführt. Als Zwischenschritte wurden die Versionen 8.1, 9.0 benutzt, um zur finalen Software-Ausbaustufe 9.5 zu gelangen. Dabei wurde mit der Version 9.0 auch die Syntax ‘Archestra-enabled’, so dass entsprechende Variablen direkt im Visualisierungsprojekt angepasst werden können.



Das integrierte Portal zeigt Tankbestände und aktive Batches genauso an wie die Auftragsübernahme. Durch die Umsetzung als webbasierte Lösung können auch die Arbeitsvorbereitung, das Labor und das Qualitätsmanagement das System nutzen. Bilder: Invensys Operations Management

Umstellung der Rezepterstellung mit Batch ML

Dass bei Büfa Reinigungsysteme die Rezepthoheit seit jeher im ERP-System liegt, früher in der IBM AS 400, jetzt in Microsoft Dynamics NAV, wurde schon in der Erstinstallation 2001 berücksichtigt. Allerdings wurden zur Rezeptgenerierung auf Basis des Bill of Material (BOM) einige Reglementierungen eingeführt, die sich im Nachhinein als zu eng gefasst erwiesen. So war es nicht möglich, mehr als acht Tanklager- Rohstoffe parallel zu dosieren. Ebenfalls wurde die Handzugabe mittels der vorhandenen Bodenwaage während Automatikdosierungen verhindert. Zwei Umstände, die im Zuge des Upgrades effektiver gelöst werden sollten. G&O entschied daher, die alten Mechanismen komplett zu verwerfen und den ANSI/ISA 88- konformen XML-Standard BatchML zu implementieren. Hierbei generiert die MES-Schicht aus den Daten des ERP-Systems die XML-Datei nach Vorgaben des Standards und importiert diese mittels API-Aufrufen in den Rezeptur-Server. Diese Struktur bietet dem ERP-System die Möglichkeit, den Rezeptablauf zu beeinflussen. Dennoch können die Produktionsverantwortlichen über das MES von G&O wie gewohnt auf die Rezeptprozedur einwirken und zum Beispiel Wartezeiten zwischen Dosierungen einfügen.

Neuerstellung des Produktionsleitstandes

Schnell wurde klar, dass es in dieser Systemlandschaft nicht sinnvoll war, ein Standard- MES-Produkt einzusetzen. Viele Komponenten einer solchen Software wurden nicht benötigt, zudem hätten die entsprechenden Kosten aller Voraussicht nach das Budget gesprengt. Die Wahl fiel auf eine angepasste, webbasierte Lösung auf Basis von Microsoft-Technologie. Der Integrator entschied sich für MS-SQL 2008, Visual Studio 2010, Microsoft Windows Communication Foundation Services und Reporting Services. Das Frontend zur Bedienung und Anzeige wurde in einem Web-Portal erstellt, wodurch die Informationen des Produktionssystems firmenweit zur Verfügung stehen. Die Re- Integration in das Visualisierungssystem wurde über die Einbettung des Webportals in die Visualisiserungsumgebung realisiert. Ebenfalls in das MES-Portal integriert wurde die Tanklagerverwaltung, die sowohl Tankbestände als auch die Tankzuordnung umfasst. Durch die Ausführung als webbasierte Lösung können nun auch die Arbeitsvorbereitung, das Labor und das Qualitätsmanagement den Produktionsleitstand als Informationsquelle nutzen.

Start ohne Auswirkungen auf nachgeschaltete Produktion

Durch die gründliche Vorbereitung der Produktion bei Büfa konnte das Projektteam eine ‘geräuschlose’ Umstellung auf das neue System durchführen: In einer Batch-Pause wurde der alte Server abgeschaltet und das neue System hochgefahren. Die nachgeschalteten Produktionsbereiche Abfüllung, Verpackung und Versand konnten ohne Unterbrechung weiterproduzieren. Während der mehrwöchigen Validierungsphase arbeiteten alle MES-Funktionen mit der Testinstanz des ERP-Systems. Somit war die Umstellung auf das Echtsystem ohne Überraschungen möglich. Die Forderung nach Beibehaltung der SPS-Programme konnte allerdings nicht ganz erfüllt werden. G&O überführte daher einige über die Jahre entstandenen ‘Workarounds’ in Bezug auf Unit- Namen und Equipment-Adressierung in eine Standardstruktur. Nach dem Abschluss des Modernisierungs- und Erweiterungsprojektes steht nun einer weiteren, langen Systemlaufzeit nichts mehr im Wege.