Chemie, Pharmazie & Biotechologie
Prozessautomations-Lösungen von WinMOD
Chemie und Pharmazie
Mit der Einführung von WinMOD im Jahr 1995 zählten diese Industriezweige zu den ersten Anwendern der WinMOD-Systemplattform. Die bereits vorhandenen hohen Qualitätsanforderungen sowie die etablierten Verfahren zur Durchführung von Factory Acceptance Tests (FAT) und Prozessvalidierungen begünstigten den frühen Einsatz simulationsbasierter Softwaretests.
Chemie
Zur Automatisierung technologischer Prozesse ist der Einsatz von Prozessleitsystemen mit umfangreichen, technologieorientierten Funktionsbibliotheken typisch. Der Hauptgrund hierfür liegt in der optimalen Nutzung der für Steuerung und Überwachung erforderlichen, häufig aufwendigen Instrumentierung – von einfacher bis hin zu komplexer Abtriebs- und Sensortechnik.
Mit der Ablösung hardwarebasierter durch softwarebasierte (simulierte) Testsysteme ab dem Jahr 1995 konnten Factory Acceptance Tests (FAT) erheblich vereinfacht und effizienter gestaltet werden. In diesem Zusammenhang stellt WinMOD umfangreiche Simulationsbibliotheken für Automatisierungskomponenten bereit. Darüber hinaus bietet das System Anwendern die Möglichkeit, diese Bibliotheken eigenständig zu erweitern.
Für die Simulation technologischer Prozesse sowie der damit verbundenen Prozessgrößen – wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand, Konzentration oder pH-Wert – stellt WinMOD eine Echtzeitbasisbibliothek bereit. Diese ermöglicht die Simulation typischer Regelstreckenfunktionen sowie deren Kombination zu vollständigen, darauf aufbauenden Prozessfunktionsbibliotheken.
Optimierte Engineering-Tools, wie die Prozess- und Engineering-Assistenz, unterstützen zudem auch Anwender ohne tiefgehende mathematische oder verfahrenstechnische Kenntnisse und ermöglichen eine effiziente Nutzung der Software.
Pharmazie
Die zentralen Prozesse in diesem Bereich umfassen die chemische oder biologische Synthese von Wirkstoffen sowie die Herstellung pharmazeutischer Endprodukte. Diese sind in der Regel hochautomatisiert und stellen entsprechend hohe Anforderungen an die Qualitätssicherung der eingesetzten Automatisierungssysteme und deren Programmierung.
Im Jahr 1978 veröffentlichte die US-amerikanische Behörde FDA (Food and Drug Administration) die ersten Richtlinien zur Prozessvalidierung. Ziel dieser Richtlinien war es, nachzuweisen, dass Produktionsprozesse wiederholbar und reproduzierbar ablaufen. In der pharmazeutischen Industrie führten diese Vorgaben früh zur Etablierung von Verfahren, die durch umfassende Kontroll- und Berichtspflichten ein Höchstmaß an Sicherheit und Qualität sicherstellten.
Mit dem Einzug der Automatisierung und dem Einsatz digitaler Steuerungssysteme – etwa SPS- und SCADA-Systeme – gewann das Thema Prozessvalidierung auch in der Automatisierungs- und Verfahrenstechnik zunehmend an Bedeutung.
Bedeutende Pharmaunternehmen, insbesondere aus der Schweiz und Deutschland, erkannten ab 1995 die neuen Möglichkeiten von WinMOD für simulationsgestützte Softwaretests. Durch deren frühen Einsatz beeinflussten sie die Weiterentwicklung der WinMOD-Systemplattform maßgeblich – von grundlegenden Basisfunktionen bis hin zur Nachweis- und Dokumentationsfähigkeit komplexer Prüfszenarien.
WinMOD wird in der pharmazeutischen Produktion in zahlreichen Prozessschritten eingesetzt, darunter mehrstufige Reaktionen, Filtration, Kristallisation, Destillation, Trocknung, Zentrifugation, Chromatographie, Gefriertrocknung, Granulation, Mischen und Verpacken. Auch in Reinraumumgebungen sowie bei Sterilisationsprozessen findet die Software Anwendung.
Biotechnologie
Klassische Automatisierungskonzepte, kombiniert mit zunehmend neuen Methoden der Messdatenerfassung und Analysetechnik, erfordern auch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der dafür notwendigen Simulationskomponenten.
Die in der Biotechnologie eingesetzten Produktionsprozesse ähneln in vielerlei Hinsicht denen der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Der zentrale Unterschied liegt jedoch in der Nutzung biologischer Systeme – wie Mikroorganismen, Zellkulturen oder Enzyme – zur Herstellung von Produkten. Im Vergleich zu klassischen Chemie- und Pharmazieanlagen werden dabei deutlich geringere Materialmengen verarbeitet.
Im Pharmabereich gewinnt die biotechnologische Erzeugung essenzieller Grundstoffe zunehmend an Bedeutung (siehe Abschnitt Pharmazie).
Weitere biotechnologische Anlagen, insbesondere im Bereich der grünen Chemie und Energieerzeugung, werden häufig dezentral in nicht-industriellen Umgebungen betrieben. Sie sind daher meist autark ausgelegt und in hohem Maße automatisiert. In diesem Zusammenhang gewinnt die Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) zunehmend an Bedeutung – beispielsweise bei der Entwicklung und beim Betrieb von Anlagen zur Erzeugung von grünem Ammoniak oder Biogasanlagen für landwirtschaftliche Betriebe.
