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Interview

„Die Schnittstelle zwischen IT und Produktionseinrichtungen wird zukünftig überall liegen können“

Interview mit Dr. Tobias Voigt, Mitbegründer der Weihenstephaner Standards am Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik der Technischen Universität München.

Immer spezieller werdende Marktanforderungen erfordern zunehmende Flexibilität von Unternehmen in der Prozessindustrie. Um auf den Markt reagieren zu können, müssen Produktionen heute möglichst schnell umrüstbar sein und im besten Fall über herstellerunabhängige Systemen gesteuert werden. Zudem müssen relevante Daten stets verfügbar sein, ausgewertet und zielführend genutzt werden können. Wie einheitliche Standards dabei helfen, Prozesse und Kommunikation zu strukturieren und welche Herausforderungen es dabei zu bewältigen gilt, hat uns Dr. Tobias Voigt im Interview erklärt.

Herr Dr. Voigt, besonders in der Prozessindustrie ist die wandlungsfähige Produktion ein großes Thema. Wie sieht das konkret im Bereich der Lebensmittelproduktion und -verpackung aus?

Industrielle Lebensmittelherstellung und -verpackung erfolgen in großen Mengen und mit Hochleistungsanlagen. Allerdings nimmt die Artikelvielfalt in den letzten Jahren stark und immer schneller zu. Dies erfordert für kleinere Chargengrößen und höhere Flexibilität bei Verpackungsanlagen. Um bei den deutlich häufiger erforderlichen Umrüst- und Umstellvorgängen weiter wirtschaftlich produzieren zu können, kommen Automatisierung und Vernetzung verschiedener Abteilungen zunehmende Bedeutung zu.

Was genau verbirgt sich hinter den Weihenstephaner Standards?

Die Weihenstephaner Standards spezifizieren die Kommunikation von Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen und übergeordneten IT Systemen. Möchte ein Lebensmittelhersteller oder -verpacker seine Produktion übergreifend überwachen, müssen die Produktionseinrichtungen die hierfür relevanten Daten bereitstellen. Zudem müssen seine Maschinen und die Produktions-IT die gleiche Sprache sprechen. In den Weihenstephaner Standards sind deshalb die Daten mit Inhalt und Format genau definiert, die Maschinen für ein Effizienz-Monitoring, die Qualitätssicherung oder das Sicherstellen der innerbetrieblichen Rückverfolgbarkeit liefern müssen. Zudem ist festgelegt, wie die Kommunikation technisch erfolgen soll und wie die Daten ausgewertet werden können.

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Die Weihenstephaner Standards sind vor über 15 Jahren aus einem Forschungsprojekt hervorgegangen. Welche Entwicklungen konnten Sie seitdem feststellen?

Im Bereich der Getränkeabfüllung und auch der Lebensmittelverpackung haben Sie schnell Einzug gehalten. Auf Basis des Feedbacks aus der Industrie haben wir sie auch kontinuierlich weiterentwickelt. In der Fleischindustrie (WS Food) ist die Resonanz noch immer verhalten, hier wird häufig noch gar nicht oder nur in proprietären Inseln vernetzt. Wie sich WS bake entwickeln wird, müssen die nächsten Jahre zeigen. Erste Neuanlagenprojekte mit Spezifikation von WS Bake sind aber bereits in Planung. Neue Aufgabestellungen haben sich aus dem Bereich der Batch Produktion in Brauereien und der IT Security ergeben. Für erstere haben wir Anfang dieses Jahres das Projekt WS Brew gestartet. In der Initiative „WS goes OPC UA“ definieren wir gerade, wie WS Daten anstelle über das unverschlüsselte WS Protokoll sicherer über den sich zunehmend etablierenden OPC UA Standard übertragen werden können.

Beschränkt sich das Konzept Weihenstephaner Standards ausschließlich auf Deutschland oder ist auch der internationale Einsatz für Sie relevant

Bei den Weihenstephaner Standards denken wir ganz klar international. Da sie sowohl von internationalen Lebensmittel- und Getränkekonzernen als auch von vielen den Weltmarkt bedienenden Maschinenbauern eingesetzt werden, könnten auf Deutschland beschränkte Vorgaben nie „Standard“ werden. Im Verpackungsbereich arbeiten wir deshalb auch mit der eher US-amerikanisch geprägten OMAC Packaging Workgroup zusammen. Unsere Standardsprache für Dokumente und Definitionen ist Englisch. Um aber gerade auch dem deutschen Mittelstand Nutzung und Mitarbeit möglichst einfach machen, wird es die Weihenstephaner Standards auch immer auf Deutsch geben.

Bisher werden die Weihenstephaner Standards hauptsächlich in der Getränke- und Lebensmittelindustrie angewendet. Sie unterscheiden mittlerweile die Systeme WS Bake, WS Food und WS Pack. Wo liegen die Unterschiede?

Bei Protokoll (WS Protokoll) und dem prinzipiellen Ansatz unterscheiden sich WS Pack, Food oder Bake nicht. Die Diversifizierung fand in den speziell für die jeweiligen Anwendungen erforderlichen Auswerte- und MES-Funktionsbeschreibungen sowie den dafür festgelegten Datenpunkten fest. In WS Pack finden Sie beispielsweise spezielle Datenprofile für Getränkefüllmaschinen, in WS Food andere für Vakuumfüllmaschinen. Diese überscheiden sich aber bei grundlegenden Daten (z. B. Maschinenzustand oder Produktionszähler).

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Welche Vorteile hätte z. B. die Lebensmittel-Industrie von den Weihenstephaner Standards?

Lebensmittelbetriebe stehen unter hohem Kostendruck und müssen effizient, ressourcenschonend, flexibel und möglichst verlustfrei arbeiten. Um dies zu erreichen, verfolgen sie Ihre Produkte im Produktionsverlauf genau. Sie werden hierzu vermehrt IT-Systeme mit Schnittstellen zur Produktion einsetzen. Müssen diese Schnittstellen individuell auf die unterschiedlichen "Sprachen" und Inhalte der Maschinen und Systeme verschiedener Hersteller angepasst werden, gestaltet sich Vernetzung aufwendig und teuer. Fordert der Fleischverarbeitungsbetrieb aber bei der Projektierung neuer Produktionsanlagen die Einhaltung der Weihenstephaner Standards, wird die Verfügbarkeit der relevanten Daten sichergestellt, der individuelle Aufwand der Schnittstellenprogrammierung reduziert und ein erheblicher Anteil der Systemimplementierungskosten eingespart.

Wäre es theoretisch möglich, die Weihenstephaner Standards auch für andere Industrien zu öffnen oder lassen sie sich ausschließlich im Lebensmittelbreich nutzen?

Das ist möglich. Wir wissen, dass sich auch schon Schuhcreme- oder Gesichtscremeverpacker sowie Pharmaunternehmen an den Weihenstephaner Standards orientiert haben. Von diesen konnten die grundlegenden Datenprofile genauso genutzt werden. Allerdings musste projektspezifisch mehr ergänzt werden.

Gibt es einen bestimmten Automatisierungsgrad, den eine Produktion erreicht haben muss, um die Weihenstephaner Standards implementieren zu können?

Theoretisch könnten alle Weihenstephaner Daten auch über Handeingabeterminals erfasst und IT-Vorgaben manuell umgesetzt werden. Hierfür wurden die Standards aber nicht entwickelt. Eine Anwendung ist sicher erst sinnvoll, wenn automatisierte Produktionseinrichtungen angebunden und weitestgehend Daten online ausgetauscht werden sollen.

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Les avantages de la normalisation sont souvent soulignés. Honnêtement, y a-t-il également des inconvénients ?

Bien sûr, l'utilisation de normes présente également des inconvénients. Ils constituent un compromis qui, dans le cas des normes Weihenstephaner, a été « négocié » avec de nombreux partenaires industriels impliqués. À cet égard, vous ne pouvez jamais répondre exactement aux souhaits d'un seul. Ceux qui ont suffisamment de temps et d'argent à consacrer à un projet spécifique seront certainement en mesure de trouver une meilleure solution pour cette application pour l'intégration des systèmes de production dans un paysage informatique. De plus, les fournisseurs compétitifs ne sont souvent pas enthousiasmés par les normes. Même avec l'intégration de l'informatique dans l'industrie alimentaire, de nombreuses entreprises gagnent de l'argent avec des solutions spécifiques à leur entreprise tout en liant leurs clients à eux-mêmes. Une norme neutre à l'égard des fabricants est un inconvénient pour eux, du moins à court terme

Quels autres développements pouvez-vous imaginer pour les normes Weihenstephaner - en particulier en ce qui concerne le sujet d'industrie 4.0 ?

Comme déjà mentionné, nous travaillons déjà sur une alternative au protocole WS actuel basé sur WS OPC UA en ce qui concerne l'augmentation de la mise en réseau via l'Internet « ouvert » et les applications possibles du système informatique dans le Cloud. En plus des mécanismes de sécurité informatique (cryptage, protection d'accès, etc.), nous pensons également de moins en moins à la pyramide classique de l'automatisation pour le futur modèle d'information et l'architecture de communication. L'interface entre l'informatique et les installations de production sera partout dans le futur, par ex. dans l'électronique de capteur, dans un API, un IPC, un système de contrôle ou une unité de commande mobile. Les définitions d'interface uniformes et surtout la même sémantique du contenu des données sont encore plus importantes ici. Par conséquent, il est utile de développer davantage les normes Weihenstephaner en tant qu'interface IoT pour l'industrie alimentaire. Nous avons déjà commencé dans le projet de recherche RoboFill pour le contrôle basé multi-agents et donc complètement virtualisé d'un processus d'embouteillage de boissons.

Dr. Voigt, merci beaucoup pour l'entretien.

Vers la personne

Le Dr.-Ing. Tobias Voigt a étudié la technologie du brassage et des boissons à l'Université technique de Munich et détient un doctorat en technologie de brasserie et d'emballage alimentaire. Il a ensuite créé son propre groupe de recherche à la chaire pour la technologie de l'emballage alimentaire, qui traite de la technologie de remplissage et d'emballage, de la production alimentaire industrielle durable et de leur support informatique. Depuis janvier 2013, il est également directeur général de l'Association industrielle pour la technologie alimentaire et l'emballage (IVLV).

Comment tout a commencé …

La base des normes Weihenstephaner était un projet de recherche pour les brasseries qui a débuté en 1999. Les exigences relatives aux systèmes d'acquisition de données dans le secteur de l'embouteillage de boissons ont été spécifiées à ce moment-là dans une « spécification standard ». Cela a été utilisé de plus en plus dans l'industrie des boissons dans les années suivantes. Tant dans les usines d'embouteillage que dans les sociétés d'ingénierie mécanique et les sociétés de systèmes informatiques, le désir d'une normalisation plus poussée s'est fait sentir. Dans les années 2003 à 2005, l'équipe autour du Dr. Tobias Voigt détermine en conséquence les fonctions d'évaluation et, surtout, les interfaces machine-informatique exactement dans la norme. Cela a fourni la base pour les définitions WS Pack pour les machines d'emballage disponibles depuis 2007. En 2010, des définitions comparables ont été réalisées en utilisant l'exemple de la production de charcuterie (WS Food) et en 2015 pour la production de produits de boulangerie (WS Bake).

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