DIE ERNÄHRUNG VOLUME 39 | 03/04 2015

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INDUSTRIE 4.0 INDUSTRIE 4.0 UND LEBENSMITTELHERSTELLUNG – WIE PASST DAS ZUSAMMEN? DR. KNUT FRANKE UND BERNHARD HUKELMANN, MBA

I

m Augenblick ist das Schlagwort Industrie 4.0 in vielen Medien präsent und wird in diversen Gremien diskutiert. Man spricht hier bereits von der vierten Stufe der industriellen Revolution mit Schlagworten wie dem „Internet der Dinge“, noch intelligenteren technischen Systemen bis hin zur Integration von vertikalen und horizontalen Wertschöpfungsketten. Diese werden hochflexibel sein, so dass sich selbst Einzelstücke rentabel produzieren lassen werden [1][2]. Das Zauberwort für die allgemeine Industrie, z.B. Maschinen- und Anlagenbau, heißt dazu „Cyber-Physical Systems“, abgekürzt CPS. Das soll so weit gehen, dass in den sogenannten „Smart Factories“, basierend auf diesen CPS, die Produkte selber alle notwendigen Informationen für ihre Herstellung in sich tragen und selbständig mit den Verarbeitungsmaschinen kommunizieren können. Das heißt, die Produkte selber kennen ihre Historie in der Herstellung sowie alle weiteren Prozesse bis zur Fertigstellung und können sich in Echtzeit je nach Auslastung die geeignete Maschine o. Ä. auswählen [2]. Das setzt natürlich voraus, dass die Produktion bereits in einem hohen Grade automatisiert ist und diese Automatisierungseinheiten nach und nach horizontal und vertikal vernetzt werden, wobei zunehmend die Konstruktion, aber auch Wartung und Instandhaltung miteinbezogen werden. Das Ganze wird ergänzt durch eine adäquate „Big Data“-Auswertung für die konsequente Orientierung auf kosten- und ressourceneffiziente Herstellungsprozesse, wobei immer mehr auch modellbasierte Simulationen eingesetzt werden. Was man sich in dieser Hinsicht vielleicht für komplette Baugruppen von Automobilen noch vorstellen könnte, ist zunächst einmal mit den bisherigen Erfahrungen der Lebensmittelherstellung

nicht ohne Weiteres vereinbar. Die Frage ist also, was bedeutet eigentlich Industrie 4.0 für die Lebensmittelwirtschaft? Auch wenn manches davon für die Lebens­mittelindustrie noch nicht umsetzbar erscheint, ist z.B. die zunehmende Individualisierung der Produkte auch bei Lebensmitteln inzwischen schon fast ein sogenannter Mega-Trend geworden, der in Kombination mit Online-Bestellungen über das Internet bereits umgesetzt wird [1]. Erste Beispiele dafür sind individuelle Müsli-Mischungen oder Bierflaschenetiketten. Ein anderes Beispiel für Industrie 4.0, an dem am Deutschen Institut für ­Lebensmitteltechnik e.V. in Quakenbrück zurzeit gerade geforscht wird, ist das Konzept für einen sogenannten „Probobag“. Dahinter verbirgt sich ein automatisierbarer Probenbeutel, der z.B. bei der mikrobiologischen Analyse eingesetzt werden kann. Dieser intelligente Probenträger verfügt über alle Informationen, die für die Analyse des Inhalts und dessen eindeutige Zuordnung bezüglich Probennahme erforderlich sind. Damit wird zum einen die Verlinkung zum ERP-System sichergestellt und zum anderen „weiß“ der Probenbeutel, wie die darin befindliche Probe analysiert werden soll und kann daher auch die Analyse im Labor über eine vollautomatische Kommunikation mit den entsprechenden Geräten selbstständig organisieren [3]. Allerdings sind das bisher eher Ausnahmen und eigentlich steht in der Lebensmittelindustrie die Weiterentwicklung der Automatisierung von Prozessen auf der Tagesordnung, um auf dieser Basis zunächst einmal eine mehr oder weniger durchgängige digitale Vernetzung aller relevanten Prozesse zu realisieren. Dafür sind im Prinzip folgende Felder relevant [1]:

ERNÄHRUNG | NUTRITION  volume 39 | 03/04 2015

• Sensortechnologie für die Prozessüberwachung • Verknüpfung der Automatisierungssysteme untereinander • Umsetzung einer modellbasierten übergeordneten Steuerung • Data-Mining Gerade eine an die Lebensmittelherstellung angepasste Sensortechnologie und insbesondere Bildverarbeitung ist ein Gebiet, wo noch ein großer Entwicklungsbedarf besteht. Hier sind individuelle Lösungen gefragt, die in der Lage sein sollen, speziell die für die Qualität der Lebensmittel bzw. Zwischenprodukte relevanten Parameter inline zu erfassen und den Prozess für ein optimales Produkt vollautomatisch fahren ­können. Für die Verknüpfung von Automatisierungssystemen untereinander kann hingegen in der Regel auf Lösungen, die bereits in anderen Industriezweigen erfolgreich eingesetzt werden, zurückgegriffen werden. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die entsprechenden Automatisierungssysteme für die einzelnen Prozesse bei der Herstellung der Lebensmittel vorhanden sind. Der dritte Punkt wiederum erfordert die Anpassung der Prozessmodelle zur mathematischen Beschreibung der Vorgänge in der Anlage an die spezifischen Anforderungen der Verfahren für die Lebensmittelproduktion. Eine ganz wesentliche Aufgabe dabei ist, die gewonnenen Daten intelligent miteinander zu verknüpfen und aus diesen Verknüpfungen dann die optimale Steuerungsstrategie für die Anlage abzuleiten. Betrachtet man für den zweiten Punkt den aktuellen Stand der Automatisierung von Prozessen und Verfahren der Lebensmittelproduktion unter diesem Aspekt genauer, dann fällt zunächst einmal auf, dass sich die einzelnen


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