Modularer Anlagenbau Wettbewerbsvorteile durch modularen Anlagenbau - Warum Merck auf die Tube drückt

Redakteur: Anke Geipel-Kern

Die Smart Factory hat bei Merck einen entscheidenden Schub erhalten. Bald soll es ein erstes Livesystem mit MTP-Automatisierung in der Produktion geben. Damit will der Spezialchemie-Konzern führend beim Einsatz modularer Produktionssysteme werden. Welchen Anteil daran die Arbeit im Enpro-Projekt hatte, erläutert Marc Dittmann, Process Development, Senior Engineer Electronics Integrated Supply Chain der Merck KGaA.

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Marc Dittmann, Process Development, Senior Engineer Electronics Integrated Supply Chain der Merck KGaA
Marc Dittmann, Process Development, Senior Engineer Electronics Integrated Supply Chain der Merck KGaA
(Bild: Arkadius Koll)

Merck ist Projektpartner in verschiedenen Konsortien der Initiative Enpro 2.0. Wo arbeitet das Unternehmen überall mit?

Marc Dittmann: Wir beteiligen uns in den Projekten Orca, TeiA und Skampi. Ziel in allen Projekten ist es unsere Anwendungen bezüglich modularer Anlagen zu erweitern, um die modulare Produktionstechnologie für das Unternehmen auszubauen. Konkret haben wir dabei folgendes erarbeitet:

Im Projekt Skampi ging es um eine ganzheitliche Methode zur Erarbeitung eines Prozessdesigns incl. Apparateauswahl. Dazu wurden die Stoffdaten Produktstoffstroms strukturiert bewertet und das Abtrennungsverhalten im verfahrenstechnischen Apparat simuliert. Die Simulationsergebnisse wurden über Stützexperimente abgesichert.

Im Projekt TeiA wurden experimentell Versuchsvorschriften zur Extraktion und Kristallisation in modulare Pilotanlagen erarbeitet und Produktmuster erzeugt. Teilweise sind die Anlagen nach dem MTP Konzept automatisiert.

Kern des Orca-Projekts war es, Wissen zur Umsetzung der MTP-Automation zu generieren. Diese beinhaltete die Erarbeitung der Grundlagen zur flexiblen und barrierefreien Anlagenkonfiguration sowie grundlegende Schritte zur Umsetzung eines behördlichen Genehmigungskonzepts für modulare Anlagen. Die Ergebnisse wurden in Demonstratoren erfolgreich umgesetzt und einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.

Die Projekte hatten jeweils spezifische Ziele und sollten die Wissensbasis und Anwendungsreife im Bereich der modularen Anlagen steigern.

Ziel der Projektes war unsere Anwendungen bezüglich modularer Anlagen zu erweitern, um die modulare Produktionstechnologie für das Unternehmen auszubauen.

Marc Dittmann, Process Development, Senior Engineer Electronics Integrated Supply Chain (Merck KGaA)

Warum ist das Thema Modularisierung so wichtig für Merck?

Dittmann: Durch die modulare Produktionstechnologie versprechen wir uns, das Entwicklungs- und das Produktionsumfeld für die zentralen Herausforderungen zu ertüchtigen, um die Anforderungen des Marktes hinsichtlich Produkteinführungsdauer, Kosten, Nachhaltigkeit und Qualität effizient zu erfüllen.

Eines ihrer Schwerpunktthemen innerhalb von Enpro ist Anlagenmodularisierung. Welche Rolle spielt das MTP-Konzept mittlerweile für Merck?

Dittmann: Bezüglich des MTP-Konzepts konnten zwei wichtige Bausteine bei Merck erreicht werden. Diese werden in Form von Investitionsprojekten auch in Anlagen umgesetzt, die es Merck ermöglichen, eine bedeutende Rolle im Bereich des Einsatzes modularen Anlagen einzunehmen. D.h. es kann die wichtigste Stufe der Lernkurve bezüglich Umsetzung in der Produktion durchschritten werden und ein erstes Livesystem erstellt werden. Diese Umsetzung wird es uns ermöglichen, alle Einzelsysteme, die zum Betrieb einer modularen Anlage benötigt werden, zu errichten, zusammen zu bringen und praxistauglich einzuführen. Die Anzahl der Prozessmodule wird ebenfalls ausgebaut, ebenso wie die Zahl der abgebildeten Grundoperationen. Die BMWi-Förderung der Vorhaben hat diese Entwicklung sehr unterstützt und hilft uns einen weiteren Abschnitt hin zur Smart Factory zu gehen.

Im Projekt TeiA wurden Grundlagen im Bereich der Extraktion und Kristallisation geschaffen, um Prozesse mit unseren Stoffsystemen auf modularen, kontinuierlichen Demonstratoren durchzuführen und die Demonstratoren über das MTP-Konzept zu automatisieren. Hier konnte auch der wirtschaftliche und nachhaltige Nutzen für unser Produktportfolio nachgewiesen werden. Das Orca-Projekt bildete den zentralen Dreh- und Angelpunkt in der Enpro 2.0-Initiative, da hier alle Anforderungen bezüglich Automation und Genehmigung bearbeitet wurden. Orca hat die Ausarbeitung der MTP-Automation verschiedener Demonstratoren erst möglich gemacht.

Enpro vereint Wissenschaft und Industrie. Was macht die Mischung so spannend?

Dittmann: Die gemeinsame Bearbeitung im Verbund ermöglichte eine Abarbeitung komplexer Fragestellung, unter Einbeziehung der gesamten benötigten Expertise aus Hochschule und Industrie. Hieraus ergab sich eine ausgewogene Mischung aus Theorie und Praxis, die zum einen die Erarbeitung eines soliden Fundaments zum Verständnis der Grundlagen ermöglichte und zum anderen die ökologische sowie ökonomische Einordnung in der industriellen Anwendung erlaubte. So wurden nicht nur das wissenschaftliche Verständnis neuer Technologien erschlossen, sondern auch industrielle Anwendungen umgesetzt.

Trotzdem gibt es doch zwischen Theorie und Praxis immer mal Zielkonflikte. Wie kann man die lösen?

Dittmann: Industrielle Partner wünschen sich eine hohe Flexibilität bezüglich der untersuchten Stoffsysteme, da immer eine Reaktion aus aktuellen Marktveränderungen notwendig sein kann. Um die Gefahren von negativen Erfahrungen zu minimieren, ist eine detaillierte Abstimmung im Vorfeld zu den einzelnen Aufgaben, zum Umfang und zum Zeitplan notwendig. Es bedarf eines fairen Managements der Erwartungen sowie eines regelmäßigen Austauschs im Projektverlauf. Gegebenenfalls kann auch eine Nachsteuerung im Projektverlauf notwendig werden.

Um Missverständnisse der Projektpartner untereinander zu vermeiden ist ein offener und intensiver Austausch notwendig.

Was würden Sie in Folgeprojekten anders machen?

Dittmann: Um Missverständnisse zwischen den Projektpartnern zu vermeiden, ist zur Erstellung der Projektbeschreibung und der Zieldefinition ein offener und intensiver Austausch notwendig. Insbesondere sind die technischen Möglichkeiten der Partner bezüglich Untersuchung von Stoffsystemen und vorhandenen Apparaten zu besprechen, d.h. Limitierungen und Einschränkungen sollten hier ausgesprochen werden, um Überraschungen im Projekt zu vermeiden.

Über MTP haben wir ja bereits gesprochen, welche konkreten Ergebnisse hat ihre Teilnahme an Enpro noch erbracht?

Dittmann: Das Skampi-Projekt brachte uns einen systematischen Ansatz der Prozess-Synthese. Basierend auf Stoffeigenschaften und Qualitäten der Edukte, Produkte und Nebenprodukte sowie Anforderungen bezüglich Materialeigenschaften erfolgt die Apparateauswahl. Hier wird eine schnelle Auswahl an möglichen Apparaten ermöglicht, die durch wenige Stützexperimente untermauert werden können. Das ist nun eine sehr verkürzte Darstellung, verdeutlicht aber das Potenzial eines softwaregestützten Entwicklungsprozesses.

Enpro soll bald in die nächste Runde gehen. Wird Merck wieder dabei sein und wenn ja mit welchem Projekt?

Dittmann: Wir konzentrieren uns auf die Fortführung und Umsetzung der modularen Technologie und die Anwendung im Entwicklungs- und Produktionsbereich. Die Zielrichtung lässt sich in folgende Teilprojekte unterteilen:

Erreichung der Genehmigungsfähigkeit für Modulare Anlagen im Produktionsumfeld, durch die Erfüllung der behördlichen Anforderungen in einem Sicherheits- und Freigabekonzept zum Betrieb der Modularen Anlagen,

Erarbeitung von neuen Prozess-PEAs zur Vervollständigung der Prozesskette im Downstream Bereich und der Erweiterung von bestehenden im Upstream Bereich auf neue Reaktionsklassen,

Erstellung von GMP-konformen PEAs und der Anwendung dieser im Bereich der regulierten Produkte.

Die unterschiedlichen Teilprojekte ermöglichen uns die Einführung der modularen Technologie in mehreren Geschäftsfeldern hierdurch die Verkürzung von Produkteinführungszeiten, eine schnelle Reaktion auf Marktveränderungen sowie die Steigerung der Nachhaltigkeit unserer Produkte bezüglich Energie- und Ressourceneffiziens über den gesamten Produktlebenszyklus.

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