Intelligente Vernetzung und IoT bringen Effizienzsteigerungen in allen Bereichen

Vernetzte Smart Buildings schaffen die Voraussetzung für den digitalen Wandel in Reinräumen. (Quelle: Siemens AG)

Flexibles Digestorium mit nativer BACnet/IP Anbindung an die Gebäudeautomation (mit und ohne Beschriftung). (Quelle: Siemens AG )

Flexibles Digestorium mit nativer BACnet/IP Anbindung an die Gebäudeautomation (mit und ohne Beschriftung). (Quelle: Siemens AG )

Andreas Bühring, Vertical Sales Life Science / Pharma, Siemens Smart Infrastructure, Deutschland (Quelle: Siemens AG)

Der Reinraum ist vor äußeren Einflüssen geschützt, aber die Digitalisierung macht auch vor den stärksten Barrieren nicht Halt. Und das ist durchaus gut so, denn im Life-Science-Umfeld bietet der digitale Wandel hin zum „Reinraum 4.0“ Betreibern neue Möglichkeiten und vielfältige Vorteile, um in einem anspruchsvollen Marktumfeld nachhaltig zu bestehen.

Die Digitalisierung von Reinräumen ist untrennbar mit zukunftsfähig vernetzten Gebäuden, so genannten Smart Buildings, verbunden: Durch eine intelligente, gewerkeübergreifende Gebäudeautomation sind sie beispielsweise in der Lage, betriebliche Abläufe zu harmonisieren und zu automatisieren, Informationen zentral zu speichern und von jedem Ort aus zugänglich zu machen, und Energie einzusparen. Dabei steht der Reinraum besonders im Fokus: Er wird sowohl von einer großen Zahl an Systemen der Mess-, Steuer-, Regel- und Anlagentechnik als auch von hohem Energieverbrauch geprägt. Umso lohnenswerter ist die Beschäftigung mit dem digitalen Wandel im Reinraum, denn für die „Operational Excellence“ stellt er beispielsweise im Food & Beverage- wie auch im Pharmaumfeld einen der wirkungsvollsten Hebel dar.

Erfolgreiche Digitalisierung ist schnell und flexibel

Von der Konzeption und Planung bis zum Ende des Gebäudelebens: Geschwindigkeit und Flexibilität sind entscheidend, wenn es darum geht, Potenziale der Digitalisierung zu heben. Denn gerade der Entwicklungs- und Produktionsprozess pharmazeutischer Produkte ist stark reguliert und dementsprechend langwierig und teuer. Umso hilfreicher sind Lösungen, die auch im laufenden Betrieb schnell einsatzbereit sind und vorgefertigt in existierende Gebäude eingebracht werden können. Selbst unscheinbare Komponenten wie Digestorien lassen sich heute mit Plug-&-Play-Lösungen schnell und einfach über eine IP-basierte Schnittstelle nativ in die Gebäudeautomation eingliedern.

Ob Einzelkomponenten wie Laborabzüge, Anlagenteile wie Reinräume oder ganze Gewerke – die Vernetzung ist auf den Digitalen Zwilling angewiesen. Er stellt das digitale Gegenbild zu Objekten der materiellen Welt dar. Produktion und Forschung unterstützt das Building Information Modelling (BIM) bereits in der Planung: So ermöglicht ein Planungszwilling vor dem Bau, den späteren Energieverbrauch des Gebäudes zu simulieren oder sicherzustellen, dass Fluchtwege im Fall einer Evakuierung nicht überlastet sind. Ist die Anlage in den Regelbetrieb überführt, verbindet ein Betriebszwilling die statischen Daten mit dynamischen Daten – also etwa den Grundriss des Gebäudes mit Echtzeit-Sensordaten. So wird eine durchgängige Überwachung und Optimierung des Gebäudes im gesamten Life Cycle erreicht.

Wandelbare Anlagen für kürzere Innovationszyklen

Der Automatisierungsdruck erhöht die Notwendigkeit digitaler Sensorik, um den Überblick zu behalten. Da Forschungs- und Produktionszyklen immer kürzer werden, müssen die Gewerke in Forschung und Herstellung hochflexibel sein: Wandel über den gesamten Lebenszyklus hinweg bedingt regelmäßige Anpassungen an die Nutzeranforderungen. Ein segmentierter Ansatz ist hier gefragt: So wird ein Labor oder Reinraum bereits in der Planungsphase in mehrere Segmente aufgeteilt, um sicherzustellen, dass bei einer Nutzungsänderung im Betrieb, etwa aus einem Großraumlabor mehrere kleine Arbeitseinheiten geschaffen werden können. Segmentbasierte Automatisierung maximiert die Flexibilität der Gewerke. Sollte der Platz doch einmal knapp werden, ergänzen komplette Labore und Reinräume als fertige Containerlösung den Engpass – ausgestattet mit Systemen von der Energieverteilung bis zur Automation im Raum. Das digitale Konzept des Gebäudes ergänzt das Gesamtpaket: Schon vor Baubeginn werden in diesem Rahmen Fragen, wie die Vernetzung und Interaktion der Gewerke untereinander, sowie mögliche Synergien adressiert.

Das IoT fördert Effizienz und Zusammenarbeit

Nicht nur die Produktionsmittel, auch die Arbeitsweise ändert sich: Im Büro wie auch im Labor und Reinraum nehmen Kollaboration und geteilte Arbeitseinrichtungen einen steigenden Stellenwert ein. Digitalisierung bietet auch hier Komfort und Effizienz. Persönliche Assistenten wie Cloud-basierte Applikation kommunizieren in Echtzeit u. a. mit der Raumregelung und ermöglicht Mitarbeitern die intelligente Raumbuchung und die Einstellung persönlicher Raumparameter.

Um erfolgreiche Kollaboration zu ermöglichen, aber auch zur Unterstützung der Energieeffizienz sind Echtzeit-Sensordaten unabdingbar, beispielsweise von Präsenzmeldern. KNX-fähige Feldgeräte helfen mit weiteren Sensoren etwa für Temperatur, Feuchte und CO2, das Labor oder den Reinraum perfekt zu regeln und gleichzeitig Energie zu sparen. So bringen KNX-fähige Feldgeräte das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) besonders unkompliziert ins Labor: Zudem erspart eine intelligente Parametrierung der Raumregler den Nutzern die sonst übliche ETS-Programmierung. Das spart schon in der Inbetriebnahme Zeit und Kosten. Entsprechende Applikationen können zudem Automationsstationen innerhalb kürzester Zeit über eine WLAN-Verbindung in Betrieb setzen.

Zentrales Gebäudemanagement auf einer integrierten Plattform

Damit nicht nur Mitarbeiter, sondern auch das Management in den Genuss von Effizienz und Flexibilität kommen, werden sämtliche Daten des Smart Buildings in einer Gebäudemanagementplattform gesammelt und visualisiert. Intelligente Gebäudemanagementplattformen bieten Betreibern die Möglichkeit, (validierte) Datenpunkte zu protokollieren. So ist mit einem GxP-Monitoring beispielsweise möglich, dass kritische und nicht-kritische Anlagenbereiche direkt auf der Managementplattform getrennt werden. Authentifizierung, Validierung und Versionierung sorgen dabei für einen manipulationssicheren Anlagenbetrieb.

Die Integration der Überwachungsfunktion bietet auch im Betriebsalltag zahlreiche Vorteile: Offene Schnittstellen ermöglichen die Integration weiterer Systeme und den Fernzugriff auf sämtliche Gebäude von überall und zu jeder Zeit. Ein technisches Monitoring auf Basis der Gebäudedaten in einem Cloud-Basierten System hilft den Betrieb kontinuierlich zu monitoren und zu verbessern. So werden Betreiber bei der Überwachung ihrer Systeme effektiv unterstützt: Das System zeigt etwa Verschleißerscheinungen frühzeitig auf und hilft, die Performance im gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zu erhöhen.

Safety und Security für alle Anlagenbereiche

Hinzu kommen umfassende Sicherheitsfunktionen. Sollte etwa ein Brandherd in einem Labor oder Reinraum entstehen, wird dieser nach der Detektion durch Brandmelder nicht nur direkt an die Feuerwehr weitergeleitet. Die Sprachalarmierung fordert auch die Nutzer zum Verlassen des Gebäudes auf; die Raumautomation lässt die Jalousien hochfahren; Lösch- oder Sprinkleranlagen bringen die Brandentwicklung zum Stillstand. Kameras geben den Rettungskräften schon vor dem Betreten des Gebäudes Eindrücke über die Verhältnisse vor Ort. Der Betreiber hat von einem System aus einen schnellen Überblick und Zugriff auf alle Gewerke.

Damit das Smart Building nicht nur effizient, sondern auch sicher vernetzt ist, sollte ein hoher Wert auf die Cybersecurity gelegt werden. Sämtliche Produkte und Lösungen erfüllen höchste Anforderungen an die Verschlüsselung und den Schutz gegen Manipulation oder Diebstahl. Siemens ist Mitglied der Charter of Trust für Cybersecurity, die 2018 unter Mitwirkung des TÜV SÜD gegründet wurde und wichtige Beiträge zum Schutz kritischer Systeme und sensibler Daten leistet.

Smart Building – das Fundament für den Reinraum 4.0

Der Wandel, der das Pharma / Life-Science-Umfeld erfasst hat, wird von der Digitalisierung maßgeblich getrieben. Mit den richtigen Lösungen und einem verlässlichen Partner wird die Vernetzung sämtlicher Ebenen auch in Reinräumen zu einem wirkungsvollen Hebel, um die Produktivität zu erhöhen, die Energieeffizienz zu optimieren und die Sicherheit maßgeblich zu steigern. Eine kürzere Time-to-Market, Modularität und Miniaturisierung sowie effiziente interdisziplinäre Zusammenarbeit sind möglich – mit dem Smart Building als solidem Fundament.