Pictures of the Future    Herbst 2006

Gerstensaft unter Aufsicht

Bier mit Guarana oder Mineralwasser mit Papaya – Getränke kommen in immer neuen Varianten auf den Markt. Diese Flexibilität ist nur mit perfekt organisierten Anlagen zu schaffen. Siemens standardisiert Schlüssel­komponenten der Hard- und Software und ermöglicht so höchste Produktionsqualität bei Brauereien und Softdrinkherstellern.

Allein in einer Stadt wie Berlin werden täglich zwei Millionen Flaschen Bier, 0,6 Mio. l Milch und 1,5 Mio. l Mineralwasser getrunken. Diesen Durst zu stillen ist eine erhebliche Herausforderung. Nicht nur die Logistik ist komplex, Getränkehersteller müssen auch in großen Mengen produzieren. Um dabei Kosten zu sparen, muss jede Firma ein besonderes Augenmerk auf ihre Organisationsstrukturen legen.

Siemens bietet mit Totally Integrated Automation (TIA) aufeinander abgestimmte Hardware- und Software-Lösungen für die Automatisierungs- und Antriebstechnik. "Alle Anlagenteile sollen problemlos miteinander kommunizieren, nicht nur bei Inbetriebnahme und während der alltäglichen Produktion, sondern auch, wenn später Änderungen vorgenommen werden müssen", erklärt Rüdiger Selig vom Kompetenzzentrum Food & Beverage. "Daher machen wir die gesamte Hard- und Software zum Betrieb der Anlage aus einem Guss." Selig nennt das Optimized Packaging Plant. Die Teile einer solchen Anlage arbeiten zuverlässig und produzieren trotzdem große Stück­zahlen. Dabei halten sich die Kosten für Ersatzteil-Lagerhaltung in Grenzen, und die Anlage ist bei Anpassungen flexibel. Diese können etwa bei Gesetzes­änderungen notwendig werden – so ist der Absatz von Dosen in Deutschland seit Einführung des Dosenpfands von 7,5 Milliarden Stück (2002) auf 500 Millionen (in 2005) eingebrochen.

Zudem verlangen qualitäts- und gesundheitsbewusste Kunden ständig neue Produkte. So geht ein Trend bei Bier zu Light-Getränken, und junge Konsumenten trinken gerne alternative Biersorten mit Geschmack. Zum Beispiel gibt es Zusätze wie Guarana mit oder ohne Koffein, Passionsfrucht oder Winterorange Kumquat. Bei alkoholfreien Getränken gibt es etwa Granatapfel, Ananas-Papaya, Apfel-Guave oder Pfirsich-Lychee.

Produktionsanlagen entstehen aber nur selten neu, sondern – z.B. bei Brauereien – oft in historischen, verzweigten Gebäuden. Meist unterschiedliche Systemanbieter mit speziellem Know-how erweitern oder modernisieren die Anlagen im Laufe der Jahre – Maschine für Maschine. So ist es schwer, den Herstellungsprozess ganzheitlich zu betrachten und ihn effizient und kosten­optimiert zu steuern. Denn ein übergreifendes Prozessleitsystem, das auf alle Schritte der Produktion eines Getränks, von der Anlieferung der Rohstoffe bis zum Warenausgang zugreifen kann, erfordert gleiche Datenformate und passende Kommunikationsstrukturen.

Dazu hat Siemens im Rahmen der TIA ein hierarchisch aufgebautes Hard- und Softwaresystem eingerichtet, das von der obersten Leitebene bis zum einzelnen Drucksensor gegliedert ist. Selig erklärt: "Stellen Sie sich die ganze Pyramide aus Feld-, Automatisierungs-, MES- und ERP-Ebene vor." Soll heißen: An der Basis, der Feldebene, sitzen Sensoren für Druck oder Temperatur und Aktoren wie Ventile, darüber, also in der Automatisierungs­ebene, liegt eine Anlagensteuerung wie das Prozessleitsystem Braumat PCS 7. Es stellt sicher, dass die Prozesse im Sudhaus oder dem Gär- und Lagerkeller fehlerfrei und reproduzierbar ablaufen. Die dritte Ebene, das MES (Manufacturing Execution System), ist ein Produktionsleitsystem wie Simatic IT. Damit können sich die Anlagenfahrer Daten auf ihren PC holen und kontrollieren, ob alles nach Plan läuft. Das MES kann auch bestimmte Daten an die Pyramidenspitze, das ERP (Enterprise Resource Planning) weiter­geben. Hier erfüllt eine Software wie SAP Planungs- und kaufmännische Aufgaben, z.B. für den Einkauf der Rohstoffe, den Verkauf oder die Personal­planung.

Bussysteme im Brauhaus. Jahrzehntelang wurden Produktions- und Abfüllanlagen rein mechanisch vom Bedienungspersonal geregelt. Heute verfügen die Maschinen über speicherprogrammierbare Steuerungen. Und für einen optimalen Ablauf der Produktion müssen bestimmte Maschinen miteinander kommunizieren können. Anfangs realisierte man dies mit direkten Leitungen. Inzwischen haben sich in der Automatisierungsebene Bussysteme durchgesetzt, weil sie billiger und weniger wartungsintensiv sind. Die Produktionsleitsystem-Ebene (MES) nutzt inzwischen das aus dem Büro bekannte Ethernet auch für die Kommunikation zwischen Anlagen­bestand­teilen – eine erprobte und kostengünstige Lösung.

"Eine der Herausforderungen im Brauwesen ist, dass unterschiedliche Anlagen-Bestandteile in der Getränkeindustrie verschiedene Automatisierungs- und Kommunikationssysteme verwenden", erläutert Selig. "Auch bei ganz neuen Anlagen müssen wir den Produzenten und die zuliefernden Maschinenbauer dahingehend beraten, dass es für die Gesamt­anlage effizienter ist, ausschließlich einheitliche Systeme zu verwenden." Bei einem namhaften internationalen Softdrink-Hersteller ist dies gelungen: Bei der Erweiterung seiner Abfüllanlagen in Montreal und Moskau setzt er aus­schließlich auf Steuerungs- und Kommunikationstechnik von Siemens und erfüllt damit die optimalen Bedingungen für ein durchgängiges Automatisierungskonzept. Auch die Hersteller der Verpackungsmaschinen setzen nur Siemens-Komponenten ein.

Die Vorteile für den Kunden sind offensichtlich: Bei einer Investitionssumme von insgesamt 15 Mio. US-$ wird er aufgrund des geringeren Konstruktions­aufwands, der problemloseren Montage, der schnellen Inbetriebnahme und des geringeren Trainingsaufwands voraussichtlich 300 000 bis 400 000 US-$ Investitionskosten einsparen. Aufgrund geringerer Kapital- und Arbeitskosten und einer höheren Effizienz und Verfügbarkeit spart er wohl noch einmal zwischen 200 000 und 400 000 US-$ pro Jahr an Betriebskosten.

Auch auf der Ebene der MES gibt es Optimierungsmöglichkeiten, etwa für die Qualitätskontrolle. Internationale Normungsorganisationen wie die IEC haben unter Mitwirkung von Siemens inzwischen definiert, welche Funktionen ein MES haben muss, die damit verbundenen Schnittstellen festgelegt und einen Standard festgeschrieben. Siemens entwickelte auf dieser Grundlage sein MES Simatic IT. In der Simatic IT Production Suite sind zum Beispiel alle Funktionalitäten für Visualisierung, Wartung, Produktion und Lagerhaltung zusammengefasst. Mit Hilfe von Simatic IT Unilab kann ein Unternehmen alle Qualitätsdaten verwalten. Damit lassen sich Mess- und Regeldaten bestimmten Produkten zuordnen, etwa wann welche Bierflasche aus welchem Tank befüllt wurde.

Modernstes Sudhaus Europas. In der Automatisierungsebene hat Siemens jahrzehntelange Erfahrung. Das für Brauereien entwickelte Prozessleitsystem Braumat passt nahtlos in das TIA-Konzept. Seine herausragendste Eigen­schaft ist, dass es auch diskontinuierliche, rezepturgesteuerte Prozesse, die in Brauereien oft vorkommen, steuern kann. Die Experten können Rezepte für neue Marken entwickeln, Abläufe und Parameter wie Volumen, Temperaturen und Zeitabstände ändern und anpassen und auf diese Daten immer wieder zurückgreifen.

Braumat wird weltweit in mehr als 900 Brauereien eingesetzt, auch bei der Stieglbrauerei in Salzburg. Sie ist mit einem Marktanteil von 11 % Österreichs größte Privatbrauerei. Stiegl spricht vom modernsten Sudhaus Europas – voller Technik von Siemens. "Die computergestützte Brau- und Gärführung hilft uns, natürliche Rohstoffschwankungen auszugleichen und eine möglichst konstante Qualität zu erzielen", erklärt Braumeister Ernst Schreiner. "Das hebt die typischen Eigenheiten unserer verschiedenen Biere noch deutlicher hervor. Diese Arbeit wird uns durch das neue Sudhaus sehr erleichtert."

Und die Entwicklung von Totally Integrated Automation geht weiter. "In einigen Jahren wird die Automatisierungsebene mit der Ebene des Produktions­leit­systems verschmelzen", ist sich Rüdiger Selig sicher. "Dann werden neue Anlagenteile einfach an eine Ethernet-Schnittstelle angeschlossen. Die Teile einer Abfüllanlage können dann fast so simpel installiert werden wie heute ein neuer Netzwerkdrucker." Gute Nachrichten für durstige Leute.
                                                                                                                    Bernhard Gerl