Modulär automation – Öppenhet genom gemensamma standarder

 6 maj 2021
Pionjärer inom modulär automation

WAGO Live SPS, som hölls den 1 till 3 december 2020, tog kunder och partners längs vägen till ny teknik för framtidens intelligenta fabrik. Detta innefattade stora, och små, steg mot digitalisering. En landmärkeshändelse var paneldiskussionen av banbrytare inom modulär systemdesign. Representanter för stora företag – Bayer, Clariant, Evonik och Merck – uttryckte sin övertygelse om att framtiden tillhör standardiserade och tillverkaroberoende beskrivningar av processmoduler för effektiv integration i automationssystem.

Module Type Package (MTP)

Module Type Package (MTP) utvecklades först för att lösa kommunikations- och anslutningsproblem i mycket adaptiva modulsystem. MTP erbjuder en standardiserad och tillverkaroberoende beskrivning av processmoduler och paketenheter för effektiv integration i automationssystem. Detta koncept anses vara en förutsättning för modulär produktion. Företag som Bayer, Clariant, Evonik, Merck, Engie, Siemens, WAGO och Yokogawa arbetar tillsammans i olika projekt relaterade till den praktiska tillämpningen av MTP-standarder i industriella miljöer.

Operatörer av stora system ser sig generellt sett ställas inför samma utmaningar: de måste hela tiden reagera mer flexibelt på efterfrågan och anpassa sin produktionskapacitet mycket snabbt. Det mest framträdande exemplet är det nuvarande uppdraget att producera tillräckliga mängder av Corona-vaccinet. Att vaccinera miljontals människor snabbt kommer bara att lyckas om flexibla processer finns tillgängliga, och detta kan bara uppnås genom modulära design. Processindustrin insåg detta för år sedan; implementeringen har dock inte varit lätt.

Den bakomliggande tanken är att system som är designade modulärt, istället för monolitiskt, kan skalas snabbare och enklare. Ett bearbetningssystem fungerar dock som summan av dess modulära komponenter endast om det finns enhetliga standarder som följs av alla deltagare. Tekniska organ, som NAMUR, ZVEI och VDI/VDE, har arbetat intensivt mot detta mål under ett antal år. Detta har bland annat resulterat i standard 2658, som beskriver tillvägagångssättet för modulär automation.

Enligt min åsikt etablerar modulär automation och MTP-standarder framtiden för förändring i processindustrin, genom att öka motståndskraften, flexibiliteten och smidigheten för att anpassa sig till en ständigt föränderlig miljö.

Polyana da Silva Santos, ledande ingenjör för processkontroll på Evonik

Strategiskt ämne på WAGO

"Vi på WAGO använder också dessa grunder för att hjälpa användare att implementera fördelarna med modulära koncept i sin verksamhet", säger Lukas Dökel. Han är Global Industry Manager för Process på WAGO och förklarar, "Modultyppaketet (MTP), utvecklat i olika arbetsgrupper, erbjuder en standardiserad och tillverkaroberoende beskrivning av processmoduler och paketenheter för effektiv integration i automationssystem." Detta koncept anses vara en förutsättning för modulär produktion, och är också viktigt för att lösa kommunikations- och uppkopplingsproblem i mycket adaptiva modulära system.

Dökel betonar att detta representerar ett strategiskt engagemang för WAGO och säger: "Vi kommer att fortsätta att stödja MTP-standarden och implementera den som en produkt." Det är dessutom tydligt att WAGO kommer att fortsätta att främja standardiseringen av MTP på marknaden för att hjälpa till att etablera en global standard. "För närvarande stödjer vi redan dagens processindustri med lämpliga produkter, som radplintar, fjärr-I/O, touchpaneler, en mängd olika kontroller och även rätt automationsmjukvara." Dökel beskriver samarbetet med användarna: "Det är fortfarande viktigt att vi använder gemensamma projekt för att undanröja de sista hindren och lösa problem."

Specifika fördelar från operatörens perspektiv

Under den digitala och interaktiva "WAGO Live SPS" den 1 till 3 december 2020 modererade Dökel också en virtuell paneldiskussion i ämnet om hur fördelarna med modulär automation specifikt kan användas, och vilka utmaningar som fortfarande finns kvar, enligt stora system operatörer. Det blev ganska tydligt att operatörer ser potential för modulär verksamhet på två viktiga punkter: under processutveckling och som en del av omstrukturering.

Som ett exempel tillverkar Merck många produkter med kort livscykel. Underförstått innebär detta att nya produkter också måste utvecklas och produceras mycket snabbt. "Om en produkt är framgångsrik på marknaden, då sätter den modulära driften oss i en position där vi snabbt kan öka kapaciteten genom att numrera upp", förklarar Manfred Eckert, Process-Development Association Director för Performance Material på Merck. Detta baserar sig på att inköp, kabeldragning och driftsättning av standardiserade moduler kan göras betydligt snabbare än vad som är möjligt med en typisk uppskalning. När allt kommer omkring är målet med ett fungerande, modulärt tillvägagångssätt plug-and-produce.

Eckert åberopar också en annan väsentlig aspekt från läkemedelsindustrin: de komplexa och utdragna godkännandeprocesserna. "Modulära koncept ger oss också potential att förkorta de nuvarande godkännandeprocesserna med ett år eller längre ner till fyra veckor eller mindre! Vi för redan samtal med myndigheterna kring ORCA-projektet, fortsätter han.

MTP kommer att revolutionera automatiseringen av framtida laboratorie- och produktionssystem. Vi har uppnått en hög grad av flexibilitet i konfigurationen av system med plug-and-produce, vilket gör det möjligt för tillverkare att flexibelt reagera och tillverka produkter enligt specifika kundbehov och krav.

Manfred Eckert, Process Development Association Director för Performance Material på Merck

Definiera gränssnitt

För Jens Bernshausen, teknikchef på Bayer, återstår ytterligare en viktig aspekt, som involverar aktivt samarbete i MTP-konceptet, "För att konkurrenskraftigt kunna reproducera det stora antalet projekt på Bayer är det viktigt att externt kontraktera deluppgifter." Enligt hans erfarenhet måste tydliga gränssnitt definieras mellan de funktionella enheterna som levereras av tredje part. "Det betyder att automationsnivåerna måste kapslas in. Enligt min åsikt innehåller MTP-konceptet redan denna lösning, så att enskilda leverantörers bidrag kan användas som ett plug-and-produce-system”, förklarar han. Detta är en utgift som betalar sig själv. Som ett motexempel nämner Bernshausen ett Bayer-migreringsprojekt, där en komplett aspirintillverkningslinje, utan modularisering, skalades upp till ett nytt system. ”Vi arbetar i allmänhet i förpackningsenheter med kompoundering och förpackning. I det här fallet var det ganska krångligt att upprätta OPC/UA-kommunikationen till styrsystemet. MTP-metoden skulle ha besparat oss mycket arbete.” Vad var anledningen till att detta projekt inte utvecklades med MTP? "Tyvärr är de flesta styrsystem ännu inte MTP-kapabla, och det är en förutsättning", konstaterar han med beklagande.

Föra skeptiker och tvivlare till bordet

Evonik har också investerat i MTP och deltagit i ett flertal projekt. "För oss är en viktig uppgift att fortsätta använda detta koncept och att samla mer erfarenhet inom ramen för samarbete", förklarar Polyana da Silva Santos, ledande ingenjör för processkontroll på Evonik. Tekniken blir bara ett ämne i det här fallet: ”Den stora utmaningen som vi behöver lösa är den organisatoriska karaktären. Vi behöver tid för att få skeptiker och tvivlare till bordet och att övertyga dem. Det kan ta ganska lång tid. Därför är min rekommendation, baserat på flera års erfarenhet, att börja tidigt! Lyckligtvis för oss på Evonik gjorde vi det, och nu har vi avancerat ganska långt på den här vägen – och vårt team växer. Det visar att acceptansen finns där just nu, konstaterar hon.

För att stärka acceptansen bland leverantörer, betonar Michael Pelz, Automation and Digitalization Manager på Clariant, "behovet av att diskutera ämnet nu med olika paketenhetsleverantörer. Min rekommendation baserat på erfarenhet är att använda mindre projekt, som inte nödvändigtvis är tidskänsliga, för att få igång samtalen med dina egna leverantörer. På så sätt kan du klargöra de utmaningar och fördelar som ett MTP-projekt ger båda sidor. Vi behöver få ett bredare applikationsområde.”

Jag rekommenderar att systemleverantörer samarbetar med MTP idag, så att de kan förbereda sig för morgondagens affärsmodeller.

Norman Südekum, Head of IKAM Industries & Infrastructure, WAGO