Prozesssimulation – Abschied vom Bauchgefühl

Prozesssimulation – Abschied vom Bauchgefühl

Simulationsdienstleistung
Prozesssimulation – Abschied vom Bauchgefühl
15.08.2022
Gesponsert von

INOSIM Consulting GmbH
Ob Materialfluss- und Kostenanalyse, Dimensionierung von Anlagen und Scale-Up, Prozess-Debottlenecking, komplexes Störungs- und Wartungsmanagement – Prozesssimulation hilft Anlagenbetreibern fundierte Entscheidungen zu treffen und Kosten zu sparen. Mit der richtigen Unterstützung werden Projekte zum Erfolg.

Mit einem reichhaltigen Erfahrungsschatz, Fachwissen und hochspezialisierten Tools unterstützt die INOSIM Gruppe ihre Kunden durch präzise Simulationen, um Prozesse zu optimieren und Kosten zu senken.
Mit einem reichhaltigen Erfahrungsschatz, Fachwissen und hochspezialisierten Tools unterstützt die INOSIM Gruppe ihre Kunden durch präzise Simulationen, um Prozesse zu optimieren und Kosten zu senken.
(Bild: Shutterstock )
Obwohl Prozesssimulation in der Chemie- und Pharmabranche seit langem Stand der Technik ist, gibt es immer noch weiße Flecken bei der Anwendung und Unternehmen, welche die Vorteile moderner Simulationsverfahren noch nicht nutzen. Dabei können alle Branchen der Prozessindustrie von Simulationsverfahren profitieren. Das gilt besonders für die Chemie-, Pharma- und Biotechindustrie, wo viele Reaktionsprozesse ineinander greifen und es komplexe Wertschöpfungsketten mit vor- und nachgelagerten Prozessen gibt.

Mit Simulation alles im Blick und alles im Griff
Die Vorteile sind vielfältig: Während der Konstruktionsphase verringert die Prozessimulation die Wahrscheinlichkeit, in späteren Projektphasen durch kostspielige Planungsfehler das Investitionsbudget zu sprengen. Mit der Simulation können schnell mehrere Prozessalternativen getestet und analysiert werden, einschließlich der limitierenden Faktoren wie Parameterabweichungen, Ressourcenverfügbarkeit, Qualitätskontrollen, geplante und ungeplante Stillstandszeiten und mehr. Aber auch im laufenden Betrieb können Simulationsmodelle Materialfluss – und Engpassanalysen sowie Verfügbarkeitsszenarien, in mehreren Varianten durchspielen, ohne in die Produktion einzugreifen – bis hin zur Produktionsplanung und zum Scheduling reichen die Möglichkeiten.

BILDERGALERIE
Maximale Effizienz und Transparenz mit INOSIM Foresight – Die Komplexität in der modernen Batchfertigung macht es den Betreibern nahezu unmöglich, über längere Zeiträume zuverlässige Vorhersagen über das zukünftige Anlagenverhalten zu treffen. Das neuartige Werkzeug INOSIM Foresight ermöglicht die prädiktive Entscheidungsunterstützung in komplexen Batchanlagen. Durch ie Nutzung hochgenauer dynamischer Materialflusssimulation liefert es zuverlässige Vorhersagen. Somit können der Anlagenbetrieb und die Ressourcennutzung genauer und effizienter als bisher geplant werden, was zu Einsparungen in Millionenhöhe führen kann. Das System nutzt intuitive grafische Dashboards, um dem Betriebspersonal prädiktive Informationen zu liefern, mit denen sie verschiedene Aspekte des Anlagenverhaltens optimieren können. Zudem ermöglicht es eine prädiktive Anlagenüberwachung sowie eine prädiktive Störungserkennung und -vermeidung.
BASF SE – Prädiktive Entscheidungsunterstützung erhöht Effizienz in Batch-Produktionsanlagen – Gemeinsam mit dem Team von BASF entwickelte INOSIM eine Softwarearchitektur rund um die Simulationssoftware INOSIM, die es BASF ermöglicht, die komplette Toolchain zur vorausschauenden Entscheidungsunterstützung zu realisieren. Die Architektur wurde für eine unbeaufsichtigte, robuste Ausführung komplexer Simulationswerkzeuge über lange Zeiträume konzipiert und mit umfassenden Kapazitäten für Logging und Error-Handling versehen, um Abweichungen während der Ausführung schnell identifizieren und korrigieren zu können.
Optimierte Wirkstoffproduktion mit verbesserter Produktionsplanung – Für eine bereits bestehende Anlage zur Produktion oraler fester Darreichungsformen (OSD) wurde Simulation genutzt, um die Formulierung, Pressung und Verpackung verschiedener OSD-Formate zu optimieren. Dabei verwendete INOSIM ein aus einem früheren Projekt vorhandenes Modell der Anlage, anstatt ein neues von Grund auf zu erstellen. So erhielt der Kunde in kurzer Zeit eine Simulation des aktuellen Zustands der Anlage, diesmal mit dem Schwerpunkt auf der Verarbeitung von Batch-Stückgütern. Der so gewonnene digitale Zwilling kann einfach wiederverwendet und an zukünftige Veränderungen angepasst werden.
Anpassung eines Pharma-Prozesses an regulatorische Änderungen – Vor dem Hintergrund veränderter Kapazitätsanforderungen und regulatorischer Vorgaben sollten in einer Mehrprodukt-Batchanlage die Rückgewinnung und die Aufreinigung von Fermentationsprodukten für pharmazeutische Zwecke verbessert werden. Als sich einige Jahre später die Notwendigkeit ergab, die Auswirkungen neuer regulatorischer Änderungen an die Reinigungsvorschriften zu bewerten, wurde ein bereits vorhandenes INOSIM-Modell der Produktion wiederverwendet, um die Anlage rasch an diese neuen Anforderungen anzupassen.
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„Über die Modelle und Simulationsergebnisse hat der Betreiber einen sehr detaillierten Einblick in das zukünftige Verhalten seines geplanten Prozesses. Zudem lassen sich bei bestehenden Prozessen Engpässe in der Produktion identifizieren und Lösungsstrategien direkt simulativ bewerten. “, erklärt Torsten Mosebach, Head of Consulting bei Inosim Consulting.

Vertrauen schafft Bindung zum Kunden
Die Ingenieure des Simulationsdienstleisters haben in den letzten fünfzehn Jahren über 100 Projekte begleitet und eine Menge Erfahrung gesammelt mit unterschiedlichsten Aufgabenstellungen und Projekt- und Planungsphasen: vom Concept Design bis zur produktionsbegleitenden Simulation.

Die Referenzliste enthält die großen Namen der Chemie- Pharma- und Biotechbranche. Mit allen verbindet Inosim Consulting langjährige Kundenbeziehungen. Wer einmal auf den Simulationsdienstleister vertraut hat, kommt immer wieder. Und nicht selten werden auch Unternehmen, die Simulation bisher nicht genutzt haben, zu überzeugten Anhängern der Prozesssimulation.

Ein echtes Vorzeigeprojekt ist hier die Harzproduktion zweier internationaler Unternehmen, die mit ähnlichen Anforderungen kämpfen: Hochdynamische, globalisierte Märkte verändern permanent die Anforderungen an das Produktportfolio. Das gleiche gilt für die Produktion. Die Produktionsstränge sind eng vernetzt, laufen parallel und bestehen aus vielen Reaktionsschritten. Anlagenressourcen sollen gemeinsam genutzt werden – schon ein einziger Faktor ist dazu angetan, Planer zur Verzweiflung zu treiben.

Bei hoher Komplexität sind Simulationsdiensleister gefragt
Die Materialflussanalyse mit anschließender Optimierung für einen Um- bzw. Neubau auf der grünen Wiese ist angesichts solcher Rahmenbedingung eine echte Herausforderung. Zumal es in beiden Projekten auch darum ging, Investitionskosten zu minimieren und das bei größtmöglicher Nachhaltigkeit der Produktion.

Mit Excelsheets oder gar dem Bauchgefühl des Betriebsleiters kommt man an dieser Stelle nicht mehr weiter, sondern hier sind moderne Simulationstools gefragt. „Die Komplexität moderner Anlagen und die daraus resultierende Prozessdynamik sind heute extrem hoch. Das zu durchschauen, übersteigt menschliche Möglichkeiten“, erklärt der Head of Consulting.

Als die Simulationsexperten zur Unterstützung gerufen wurden, standen die Projekte bereits auf der Kippe. Doch einige Workshops und Simulationsläufe später überzeugte das Ergebnis beide Kunden: In beiden Projekten belief sich der ROI (return on investment) auf deutlich weniger als ein halbes Jahr. Bereits in der Pilotphase spülte die Simulation dem Auftraggeber Geld in die Kasse. Die positiven, in dieser Höhe völlig unerwarteten, Ergebnisse überzeugten dann auch beide Kunden endgültig: Simulation gehört bei künftigen Projekten als Werkzeug mit dazu. Unterstützt durch maßgeschneiderte Schulungen von Inosim Consulting bauten beide Kunden eigenes Simulations-know-how auf und setzen mittlerweile auch in der Produktionsplanung auf die Inosim Software.

Zur Inosim Software
Projekte verändern sich – kein Problem für Inosim Consulting
Besonders wichtig nicht nur bei solchen, sondern eigentlich bei allen Projekten: Flexibilität. Nicht selten ändern sich Anforderungen während des laufenden Vorhabens, weiß Mosebach. „Wir agieren in unseren Projekten daher sehr agil, können spontan auf veränderte Kundenwünsche oder Projektsituationen eingehen und sind nicht an fixe Lastenhefte gebunden“, betont er.

Solche „beweglichen Ziele“ kommen häufiger vor, als man glauben sollte. Gerade bei Engpassanalysen/Debottlenecking-Projekten werden die für die Simulation notwendigen Daten häufig in Kundenworkshops definiert. Inosim Consulting erarbeitet hier z.B. gemeinsam mit der Werksleitung, dem Produktionsteam sowie der Planungsabteilung die zu bearbeitenden Fragestellungen und steht hier beratend zur Seite, wenn es um die Schärfung der Ziele geht. „Simulations-Projekte leben und damit können wir umgehen“, erklärt Mosebach.

Typische Fragestellungen mit denen der Simulationsdienstleister ebenfalls immer wieder konfrontiert wird sind Verfügbarkeitsanalysen. So greifen z.B. in der biotechnologischen Produktion mit Fermentations- und Downstreambereich sowie Reinigungsutilities zahlreiche Verfahrensschritte ineinander, was solche Anlagen mit Blick auf die Gesamtverfügbarkeit besonders angreifbar macht. Verständlich der Wunsch eines Herstellers bei der geplanten Produktionsanlage mehrere Szenarien durch Simulation zu überprüfen. Auch die Kenngrößen für den Reinigungsprozess wurden ermittelt und in die Simulation integriert – ein komplexes Modellierungs-Vorhaben mit vielen Prozessschritten, wodurch aber multiple Engpässe ermittelt und beseitigt werden konnte.

Dynamische Simulationsumgebung für Prozess- und Stückgutsimulation
Selbstverständlich gehört zum Simulations-know-how auch die entsprechende Software. Schließlich sind Modelle nur so gut wie das dahinter liegende Werkzeug es ermöglicht. Die Experten des Simulationsdienstleister nutzen die Simulationsumgebung Inosim des Schwesterunternehmens Inosim Software. Nicht nur das Know how der zahlreichen Kundenprojekte fließt in den Erfahrungsschatz der Simulationsexperten ein sondern auch der Kundensupport. „Wir schulen unsere Kunden in der Nutzung von Inosim und betreuen die Software im Support“, betont Mosebach. In der über die Jahre immer weiter gewachsenen, modular aufgebauten Simulationsumgebung können Produktionsprozesse und die daran anknüpfenden Fertigungslogistik mit demselben Werkzeug modelliert werden – ein echtes Alleinstellungsmerkmal in der Prozesssimulation und ein Vorteil für den Betreiber, denn er kann zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen.

Fazit: Ob bei der Neuplanung oder in der Bestandsanlage, die Simulation von Produktionsprozessen hat sich in der Vergangenheit als effizientes und erfolgreiches Mittel zur Lösungsfindung bewährt. Das richtige Werkzeug mit Kompetenz und Erfahrung eingesetzt, ist hierbei der Schlüssel zum Erfolg.