Sensorik

Oncotec - Einsatz von Sensorik für Chargendokumentation

Das volle Potenzial der Digitalisierung: Das Team vom Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Kiel erstellt für das Pharmaunternehmen Oncotec eine Potenzialanalyse für den Einsatz von Sensorik für die Chargendokumentation in der pharmazeutischen Produktion und unterstützt anschließend der bei prototypischen Umsetzung.

Oncotec Pharma Produktion GmbH
ca. 300 Mitarbeitende
Pharmazie
Projekt

Die Digitalisierung bietet Chancen für mittelständische Unternehmen aus verschiedensten Branchen. Auch die Pharmaindustrie bildet dort keine Ausnahme und hat die Möglichkeit, nachhaltig von digitalen Neuerungen zu profitieren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Digitalisierung in der pharmazeutischen Produktion. Hier ermöglichen Industrie 4.0-Strategien wie die Optimierung von Fertigungsprozessen durch „smarte“ Sensoren eine Effektivitätssteigerung und erhöhen zugleich die Transparenz und Flexibilität des gesamten Prozesses.

Die Oncotec Pharma Produktion GmbH ist ein Pharmazieunternehmen, das aseptisch produzierte Zytostatika entwickelt und herstellt. Eine Herausforderung im Unternehmen sind die Prozesse, die einen Medienbruch aufweisen, sprich neben digitalisierten Abläufen händisch übertragen oder aufgenommen werden. Es wurde gemeinsam mit dem Team des M4KK ein Konzept für einen Multi-RFID-Leser entwickelt, der den Zustand der Produktion über das Einlegen von RFID Karten aufnimmt und per LoRaWAN an ein Dashboard weiterreicht. Die Zustände umfassen: Reinigung, Rüstung, Sterilisation und „In Produktion“. Anschließend erfolgte die prototypische Umsetzung.

Produktion mit Potenzial

Um Prozessabläufe in der Pharmaindustrie zuverlässig zu unterstützen und zu automatisieren, ist oft als erstes nötig, sich einen Überblick über die Prozessabläufe zu verschaffen. Diese Abläufe müssen zunächst verstanden werden. Im Anschluss können sie an geeigneter Stelle durch innovative und integrierte Systeme ergänzt werden. Die Systeme nutzen Geräte aus dem Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und unterstützen die Mitarbeitenden des Unternehmens. In Kontext der Industrie sprechen wir daher häufig vom Industriellen Internet der Dinge. Eine Technologie aus dem Industriellen Internet der Dinge ist LoRaWAN: LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network, also einem Funknetzwerk aus Geräten die sich insbesondere durch hohe Reichweite und niedrigen Energieverbrauch auszeichnen. Das bedeutet in Zahlen: bis zu 10 km Reichweite und Batterielaufzeiten von bis zu 2 Jahren. LoRaWAN-Geräte, die Daten aufnehmen, nennt man daher LoRaWAN-Sensoren.

Erfassung Zustand der Produktionslinie

Innerhalb ihrer Produktionslinie wollen Unternehmen oftmals nicht auf eine externe Infrastruktur zurückgreifen. Eventuell aus Datenschutzgründen ihrer Betriebsdaten oder weil Funksignale nicht in ihre Produktion hineinreichen. Daher ist es sinnvoll, ein eigenes, kleines LoRaWAN aufbauen - beispielsweise um den Zustand ihrer Produktionslinie zu erfassen.

Der oft noch analog erfasste Zustand wird durch LoRaWAN-Sensoren ergänzt und mithilfe dieser auf ein digitales Dashboard übertragen. Die Folge: Sie erhalten eine Echtzeitprüfung ihrer Produktionslinie. Ermöglicht wird dies durch einen neuartigen von uns entwickelten LoRaWAN-Sensor, welcher ein Multi-RFID-Leser ist und LoRaWAN spricht.

LoRaWAN bei Oncotec?

Dieses Beispiel stellt vereinfacht dar, wie das Zusammenspiel zwischen Produktion und Sensorik aufgebaut sein könnte. In diesem Fall befindet sich im Erdgeschoss die Produktionslinie. Jede einzelne der Produktionslinien sowie der Produktionsräume mit einem eigenen LoRaWAN-Sensor ausgestattet.

Ein Stockwerk darüber, im ersten Stock, befindet sich das Herz der LoRaWAN-Technik, die Gateways. Da die Gateways nicht im Raum der Produktion installiert werden ist es nötig, mehrere zu nutzen. Damit kann trotz der reduzierten Reichweite eine volle Abdeckung gewährleistet werden. Die Gateways sammeln die Informationen der Sensoren im Erdgeschoss und reichen Sie an einen Authentifizierungsserver weiter. Sind die Sensoren bekannt, werden die Sensordaten in einer Datenbank gespeichert und können im Anschluss auf einem Dashboard visualisiert werden. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im zweiten Stock können dann auf das Dashboard System zugreifen und den aktuellen Zustand der Produktionslinie bzw. –räume sehen. Ein schnelles Eingreifen und die Erfassung von Prozesszeiten wird so möglich.

LoRaWAN Multi-RFID-Leser - was steckt drin?

Um den Status der Produktion erfolgreich überblicken zu können, spielt die Zusammenarbeit der einzelnen Sensor-Komponenten eine tragende Rolle. Der eigentliche Multi-RFID-Leser besteht aus mehreren RFID-Card-Lesern. Die RFID-Technologie kennen Sie beispielsweise von ihren Geldkarten, die eine kontaktlose Bezahlung ermöglichen. Die Datenverarbeitung erfolgt auf dem Microcontroller. Mit dem Modem werden die Daten dann über LoRaWAN an das Dashboard gesendet.

Der Multi-RFID-Reader kennt zwei RFID-Kartentypen. Die farbigen RFID-Karten sind vorprogrammierte Zustandskarten mit den Beispielzuständen: Reinigung, Rüstung, Sterilisation und In Produktion. Zusätzlich können weitere Daten über eine Metakarte erfasst werden. Im Beispiel ist dies die Chargennummer.

Wir holen die Mitarbeiter dort ab, wo sie stehen...

Eine wichtige Komponente in der Überführung analoger Prozesse hin zu digitalen Prozessen ist der Faktor Mensch. Das bedeutet: Wir holen die Mitarbeitenden dort ab, wo sie stehen und richten den Digitalisierungsprozess im ersten Schritt darauf aus.

Der Zustand der Produktion wird analog über Schilder an den Türen gekennzeichnet. Wir digitalisieren diese Schilder als Zustandskarte, wodurch der Schritt des Schilderaustauschs in der analogen Welt zum Kartenaustausch in der digitalen Welt übergeht. Wir erreichen dadurch eine Akzeptanz, um den Änderungsprozess seitens der Mitarbeiter anstoßen zu können. Im nächsten Schritt erfolgt die Umsetzung der Konzeptstudie.

Fazit

Digitale Prozesse können nur dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn der Mensch als treibende Kraft den Umsetzungsprozess unterstützt. Ein wichtiger Schritt ist dabei die Einführung sukzessiv zu starten und den Mensch im Fokus zu behalten. Im Beispiel der Produktionsstatuserfassung werden analoge Schilder durch digitale RFID Karten ersetzt. Die Prozesse unterscheiden sich für die Mitarbeiter*innen nicht, gewinnen aber aus informationstechnischer Sicht enorm an Bedeutung und erhöhen damit die Transparenz ihres Unternehmens.

Zudem hat Oncotec erste Erfahrungen mit dem Einsatz der LoRaWAN-Technologie sammeln und ist durch die erstellte Dokumentation für die weitere nachhaltige Verwertung und den Ausbau des Systems gewappnet und kann eigenständig weitere Schritte gehen.