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Produktionssysteme für die Pflanzenzucht

Orchideen klonen in Großserie

Die Produktionssteuerung mit ERP- und MES-Systemen ist im Maschinen- und Anlagenbau und der Konsumgüterindustrie weit verbreitet. Gartenbaubetriebe hingegen steuern Zucht und Management ihrer lebenden Bestände meist per Tabellenkalkulation. Der Orchideenzüchter Hark beweist, das sich die PPS-Prozesse mit dem passenden ERP-System auch bei solchen Produktionen nutzenstiftend einsetzen lassen.

 (Bild: Bernd Lehnert)

(Bild: Bernd Lehnert)

Beim Hightech-Pflanzenzuchtbetrieb Hark in Lippstadt werden in einem wissensintensiven Prozess Orchideen der Gattung Phalaenopsis in großen Stückzahlen geklont und als Jungpflanzen an Gartenbaubetriebe verkauft, die die Jungpflanzen dann zu den Orchideen heranzüchten, welche die Kunden in Blumengeschäften als permanent blühende Topfpflanze kaufen können. Das Unternehmen ist mit der starken Fokussierung auf ein Nischenprodukt und auf die frühen Wertschöpfungsschritte in dessen Zucht ein Paradebeispiel für einen Hidden Champion. Wer in Deutschland eine Orchidee kauft, erwirbt eine Pflanze, die mit großer Wahrscheinlichkeit in Westfalen geklont worden ist. Gegründet wurde das Unternehmen im Jahre 1904 in Lippstadt und produzierte Gemüse und Schnittblumen für den lokalen Markt. 1949 begann der Sohn des Gründers, Fritz Hark Senior, sein Hobby und seine Leidenschaft für Orchideen auszubauen und Prozesse für die sehr anspruchsvolle Orchideenzucht zu entwickeln. Sein Sohn ließ die Produktionsstätte in Lippstadt auf eine Größe von rund 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wachsen und erzielte großen wirtschaftlichen Erfolg. Aber die Steuerung der Produktion bei so hohen Stückzahlen ist deutlich erschwert, erfordert viel manuelle Arbeit mit Tabellenkalkulationssystemen und veranlasste die Geschäftsführung daher zur synchronen Einführung eines ERP-Systems und eines MES in einem in dieser Branche wegweisenden Projekt.

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Bild: KEB Automation KG

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Empfindliche Pflanzen

Die Wertschöpfungskette der Phalaenopsis-Jungpflanzenklonung besteht im Wesentlichen aus dem Schneiden von Pflanzenstücken aus Rispen ausgewachsener Topfpflanzen unter sterilen Bedingungen und dem Einsetzen in einen mit einer speziellen angedickten Nährlösung gefüllte Becher, in denen die Klone dann zu Jungpflanzen in mehreren standardisierten Phasen heranwachsen. Von Phase zu Phase werden die unfertigen Pflanzen (das Work in Process) gesichtet, aussortiert, neu gruppiert und in andere Behälter umpikiert. Diese Verarbeitungs- und Sichtungsschritte sind ebenso wie die Details der Nährlösungsproduktion, die in der firmeneigenen Nährlösungsküche aus geheimen Rezepturen gekocht werden, im Detail sehr anspruchsvoll und erfordern Wissen, welches unbedingt zu schützen ist. Daher sind auch in diesem Artikel einige Fakten vereinfacht dargestellt. Die Rezepturen sind so vertraulich, dass selbst die Mitarbeiter in der Nährlösungsküche nicht immer wissen, welche intern abgewogenen und portionierten Zutaten sie verarbeiten. Und die Pflanzen sind in der Verarbeitung durch den Klonprozess so empfindlich, dass sie mit hohem Aufwand vor Infektionen geschützt werden müssen. Dazu arbeiten die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in Schutzkleidung und taten dies auch vor der Corona-Pandemie schon mit Mund-Nase Schutz an gut belüfteten und mit HEPA-Filtern ausgestatteten Arbeitsstationen.

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Produktionssteuerung bei lebendigen Produkten

Hark setzte bereits frühzeitig auf softwaretechnische Unterstützung bei der Verarbeitung der Rispenteile und der Jungklone. Ein hausintern entwickeltes Orchideen-Produktions-Management (OPM) stellte über viele Jahre das Rückgrat der Produktionssteuerung dar und half die Nachfrage nach immer mehr Orchideen zu bedienen. In den letzten Jahren nimmt die Komplexität und Genauigkeit der Kundenanfragen jedoch stark zu, so dass die bisherigen Systeme an ihre Grenzen stoßen. Die Herausforderungen sind:

  • • Auszuliefernde Pflanzen (Verkaufsprodukte) können mit vertretbarer Lieferzeit nur aus den eigenen Beständen an unfertigen Erzeugnissen herangezüchtet werden. Ein Make to Order führt also entweder zu sehr langen Lieferzeiten, wenn von Phase 0 an aus neuen Rispenschnitten gezüchtet werden muss, oder es müssen bereits Zwischenprodukte als Bestand verfügbar sein.
  • • Die Bestände sind sehr teuer und die Pflanzen verderblich, da sie in unfertigem Zustand nicht lange aufbewahrt werden können, ohne untauglich für die Weiterverarbeitung zu werden. Daher ist nicht wirtschaftlich, vorsichtshalber hohe Bestände zu haben, um schnell größere Mengen liefern zu können.
  • • Die Planung und Rückwärtsterminierung ist schwierig, da die Streuungen bei den Wachstumsgeschwindigkeiten sowie Sterberaten (etwa Ausschuss als Folge einer Infektion der Pflanzen) höher sind als üblicherweise bei industrialisierten Prozessen.
  • • Die Bestände bestehen aus verschiedenen Stämmen, die einzeln in ihrer Größe verwaltet werden müssen und nie bezüglich ihrer relativen Größe aus der Balance geraten dürfen, da diese Über- und Unterbestände nur über viele Wachstumsgenerationen zu korrigieren sind. Ein Stamm ist eine bestimmte Generation eines Klons, die ab der Mutterpflanze, aus deren Rispe der erste Klon erzeugt werden muss, gezählt wird. Das Wissen um die richtige Vorgehensweise bei der Regulierung der Stämme ist der wissensintensivste, am strengsten geheim gehaltene und komplizierteste Teil der Produktionssteuerung.
  • • Eine Chargenverfolgung war mit den ursprünglich vorliegenden Werkzeugen nicht möglich. Diese ist aber wichtig, da auch in der Pflanzenzucht Infektionen und Kontaminationen unbedingt nachzuverfolgen sein müssen und Bestände gezielt vernichtet werden müssen, wenn Fälle drohender Pathogen-Verschleppung eintreten. Das Erweitern des Produktspektrums auf eine andere Art von Pflanzen mit abweichenden Wertschöpfungsketten war mit dem bestehenden System nicht möglich, da die hinterlegten Formeln und Algorithmen zu starr waren.
  • • Die Planung der Produktionskapazität war zu unpräzise, da Urlaubszeiten, Feiertage usw. unzureichend mit den Planungssystemen abgebildet werden konnten, was immer wieder zu Engpässen, Lieferverzug, Stress und letzten Endes zum Aufbau von kostspieligen Sicherheitspuffern führte.
  • • Die bisherige quartalsweise Planung war für die kundenfreundliche Lieferung und die internen Prozesse zu ungenau und soll auf eine wochenweise Planung umgestellt werden.
Jungpflanzenproduktion unter sterilen Arbeitsbedingungen (Bild: Bernd Lehnert)

Jungpflanzenproduktion unter sterilen Arbeitsbedingungen (Bild: Bernd Lehnert)


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