IIoT & Biotechnologie

intelligente Vernetzung in Produktions- und Prozesslandschaften
Katrin_Illner

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Katrin Illner
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katrin.illner@interface-ag.de

Wir erstellen mit Ihren Fachexperten
die innovativen Lösungen von morgen

Mit den IIoT Biotech Software-Lösungen der InterFace AG erhält die Digitalisierung Einzug in Produktions- und Prozesslandschaften. Durch die intelligente Vernetzung aller am Prozess beteiligten Komponenten sowie die Einbindung von (Optimierungs-)Modellen und Simulationen zur Live-Auswertung der gesammelten Daten können Effizienz, Sicherheit und Qualität der Vorgänge erhöht werden.

Moderne Web-Applikationen und zeitgemäße UX ermöglichen außerdem ein bequemes und geräteunabhängiges Monitoring und liefern zeitechte Informationen für korrigierende Eingriffe schon während der Produktion.

IIoT und Biotechnologie

IIoT („industrial internet of things“) steht für vernetzte Systeme, bei denen Sensoren, Analysatoren und andere Geräte unmittelbar mit Computersystemen interagieren. Um alle relevanten Komponenten und Prozessdaten einzubeziehen, ist eine durchgängige Digitalisierungskette notwendig. Dies eröffnet das Potenzial, zentrale Berechnungen auf einer breiten Datenbasis durchzuführen, smarte Entscheidungen abzuleiten und Prozesse automatisiert und optimiert zu steuern.

In der Biotechnologie werden bereits jetzt automatisierte Vorgänge eingesetzt, um reproduzierbare Prozesse und Produktqualität zu erreichen. Gleichzeitig steigen jedoch die Komplexität der zu entwickelnden Produkte sowie die Entwicklungs- und Produktionskosten. Um kostenintensive Fehlschläge zu vermeiden, Entwicklungszyklen zu verkürzen und dem gestiegenen Anspruch an Produktqualität gerecht zu werden, ist eine neue Ebene der Prozessüberwachung und -steuerung notwendig, die auch die internen biologischen Abläufe berücksichtigt und ein tieferes Prozessverständnis ermöglicht.

Dies geschieht durch:

  • Nutzung moderner Sensorsysteme als zusätzliche Datenquellen
  • Einsatz modellbasierter Ansätze zur Prozessoptimierung
  • Live-Vergleich der Prozesse durch Referenzläufe und Simulationen

Hieraus ergeben sich Herausforderungen für neue Softwarelösungen:

  • Vernetzung aller am Prozess beteiligten Komponenten, Geräte und Module (on- und offline)
  • Integration, Streaming und Auswertung von (Prozess-)Daten
  • Entwicklung und Einbindung von Modellen und Simulationen in Live-Streams
  • Spagat zwischen klassischen SCADA-Lösungen (gerätenaher Prozesssteuerung) und übergeordneten, cloudbasierten und KI-fähigen Datenanalyseplattformen
Devops - Laptop

Einblick in die InterFace AG Softwareentwicklung

Die InterFace AG entwickelt nach agilen Methoden und auf Basis neuer Technologien individuelle Software nach Kundenwunsch. Dabei unterstützen wir unsere Kunden über den gesamten Life-Cycle, d.h. von Konzeption, Realisierung, Roll-Out bis zur langfristigen Wartung, Weiterentwicklung und Support.

Im Bereich IIoT und Biotechnologie liegt unsere Expertise in Lösungen, die sich typischerweise auf den Ebenen SCADA/MES positionieren, d.h. Steuerung von vernetzten Systemen über Standard-Kommunikationsprotokolle sowie übergeordnete Softwarelösungen zur zentralen Steuerung und Überwachung von Prozessen.

DIE WICHTIGSTEN ELEMENTE UNSERER LEISTUNGSERBRINGUNG
ZUR PROZESSOPTIMIERUNG IN DER BIOTECHNOLOGIE.

DAS TUN WIR FÜR SIE:

WEBBASIERTE SOFTWAREPLATTFORM

Wir bringen webbasierte Lösungen mit attraktiven und zeitgemäßen UI/UX-Konzepten in die Produktionswelt. Inzwischen müssen Webtechnologien den Ansprüchen von Produktionsumgebungen gerecht werden – z.B. durch Alerts, Notifications, Chart-Updates und Push-Nachrichten. Webbasierte Applikationen ermöglichen einen universellen Zugriff auf alle Daten, Equipments und Prozesse. Die Lösungen können in einer Cloud-Umgebung, im Firmennetzwerk, im Produktionsnetzwerk sowie als Appliance bereitgestellt werden. Reaktive Web-Oberflächen ermöglichen zudem eine User-Interaktion via Webbrowser, Tablets und Smartphones, was völlig neue Einsatzmöglichkeiten mit sich bringt.

Vernetzung von Prozess­komponenten – OPC UA

OPC UA („Open Platform Communication Unified Architecture“) hat sich in den letzten Jahren zum Informations- und Kommunikationsstandard für die industrielle Automatisierung entwickelt. Insbesondere die Discovery-Fähigkeiten von OPC UA für Server und Sensoren ermöglichen eine automatische Integration von unterschiedlichsten Equipments via „plug and play“.

OPC UA punktet aber auch durch Funktionalitäten im Bereich „Security und Datenintegrität“ bei Server- und/oder Netzwerkausfällen und ermöglicht eine optimierte bi-direktionale Datenkommunikation (publish/subscribe).

Integration von Modellen

Um Live-Prozesse durch Modelle zu optimieren, müssen nicht nur verschiedene Modelltypen (und mathematische Tools) unterstützt werden, sondern es geht zunächst darum, die Daten aller Prozesskomponenten (z.B. Bioreaktoren, Analysegeräte, statische Prozessdaten, Rahmenbedingungen) zusammenzuführen. Hierbei sind folgende Aspekte relevant: zeitliche Verfügbarkeit und Synchronisation der Daten, physikalische Größe und Datentypen.

In unsere Softwarelösungen integrieren wir Skripte (z.B. Python), mathematische Software (z.B. MATLAB) sowie neuronale Netze (z.B. TensorFlow). Eine besondere Herausforderung liegt dabei darin, hochperformante Berechnungen automatisiert und im Live-Kontext zu ermöglichen, sodass die Ergebnisse zur Prozessoptimierung genutzt werden können.

Weitere Expertisen im Bereich „Biotech-Softwarelösungen”:

  • Umgang mit Latenzzeiten und Zeitsynchronisation in einer heterogenen Umgebung mit vernetzten Systemen
  • Moderne Sensorik liefert große Datenmengen, die skalierbare Lösungen zur Datenprozessierung, Speicherung und Archivierung erfordern (z.B. moderne Timeseries-Datenbanken)
  • Produktionsumgebungen ohne Internetzugang erfordern neue Lösungen für Benachrichtigungen und Software-Updates
  • Spagat zwischen agiler Softwareentwicklung und Regulationen im Pharma-Bereich (z.B. GAMP5)

AKTUELLE REFERENZEN

Qubicon® - Quality by Control

Qubicon® von Bilfinger Industrietechnik Salzburg ist eine Softwarelösung für erweiterte Prozessüberwachung und -steuerung.

Das System monitort alle laufenden Produktionsprozesse in Echtzeit und greift bei Bedarf steuernd ein, um gleichbleibende Qualität und optimale Ergebnisse zu gewährleisten. Via OPC UA-Schnittstelle werden Daten von Prozessequipment und weiteren angeschlossenen Analysatoren live gelesen, Softsensoren berechnet und als optimierte Steuerungswerte an die Anlagen gesendet. Durch die zentrale Datenverwaltung ist es möglich, Prozesse mit Referenzläufen (live) zu vergleichen. Der Nutzer kann Prozesse flexibel via Web-Interfaces planen und monitoren sowie komplexe Soft-Sensoren und Alarme per Python-Skript definieren. Die InterFace AG unterstützt die Bilfinger Industrietechnik Salzburg bei der softwaretechnischen Konzeption und Umsetzung von Qubicon® seit 2018. Die erste Produktversion befindet sich seit Ende 2019 in der Beta-Test-Phase. 

Unter folgender Adresse steht eine vollständige Produktbeschreibung
sowie ein Video über die Software zur Verfügung: http://www.qubicon.at/

Die InterFace AG begleitet die Weiterentwicklung des Produktes und übernimmt außerdem Wartung und Second/Third-level Support. Auf Basis der Produktvision von Bilfinger und in sehr enger Zusammenarbeit mit dem fachlichen Expertenteam hat die InterFace AG die Softwarelösung mitkonzipiert und entwickelt. Wir verstehen uns als Partner, der seine Kunden auch bei nichtfunktionalen Aspekten wie Softwarearchitektur, UI/UX-Design sowie bei betrieblichen und rechtlichen Themen unterstützt.