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Anwenderbericht

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Mallinckrodt Pharmaceuticals rüstet Steuerungssystem auf

Prozessleitsystem PlantPAx reduziert Ausfallzeiten bei Pharmahersteller

Herausforderung

  • Veraltetes System mit schwieriger Ersatzteilbeschaffung
  • Fehlende Möglichkeit der vorbeugenden Instandhaltung
  • Mühselige Erstellung täglicher Produktionsberichte

Lösungen

  • PlantPAx®-Prozessleitsystem - Aktualisierung der Funktionsspezifikationen durch standardisierte Programmierung; vereinfachte Programmierung durch doppeltes System an separatem Standort; virtualisierte Infrastruktur mit weniger Servern, auf denen Batch- und HMI-Software ausgeführt wird
  • Fertigungsintelligenz - Grafikoberfläche des existierendes Systems für aktualisierte Bedienerschnittstelle übernommen; inklusive Berichterstellungs- und Archivierungssoftware Datenerfassung, -nachverfolgung und -aufzeichnung für vorausschauende Instandhaltung
  • Systemdesign und Lieferung - Entwickelt und bereitgestellt von Stone Technologies und Syntronix, Anbietern von Rockwell Automation-Lösungen

Ergebnisse

  • Geringere Ausfallzeiten - Nur fünf Wochen Ausfallzeit bei der Implementierung; bessere Betriebszeit innerhalb weniger Tage
  • Verbesserter Datenzugriff - Produktionsberichte liefern aussagekräftige Informationen und verbessern die Fehlerbehebungsmöglichkeiten für die Bediener

Hintergrund

Wer jemals einen Knochenbruch hatte oder bei einer MRT-Untersuchung war, ist vielleicht schon einmal mit den Produkten von Mallinckrodt Pharmaceuticals in Berührung gekommen. Der Weltkonzern erzielt 5 Mrd. USD Umsatz, unter anderem mit der Herstellung von pharmazeutischen Spezialprodukten und Kontrastmitteln für bildgebende Diagnoseverfahren. Zudem vertreibt Mallinckrodt als führender Anbieter von verschreibungspflichtigen Schmerzmedikamenten seine Produkte an Großhändler und Apothekenketten. Seinem einstigen Schwerpunkt, der reinen Schmerzkontrolle, hat das Unternehmen den Wandel zum Hersteller medizinischer Ausrüstung zur Ermittlung von Schmerzursachen zu verdanken.

Auf seinem gut 16 Hektar großen Firmengelände in St. Louis betreibt Mallinckrodt eine Produktionsanlage zur Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe für Narkotika und andere pharmazeutische Endprodukte. In der über 145 Jahre alten Produktionseinrichtung, die den Vorschriften der FDA entspricht, sind rund 450 Mitarbeiter beschäftigt.

Die Instandhaltung der noch aus dem Jahr 1985 stammenden Ausrüstung für die Prozesssteuerung ist mittlerweile unwirtschaftlich geworden. Mallinckrodt entschied sich daher für die Aufrüstung seiner veralteten Technologie und die Einführung einer einheitlichen Steuerungsplattform für seine Anlage. Seit dem Börsengang im Jahr 2013 steht das Unternehmen im Dienst seiner Aktionäre, sodass die finanzielle und betriebliche Effizienz oberste Priorität hat. Letzten Endes verband man mit der Aufrüstung des Steuerungssystems die Möglichkeit einer betrieblichen Weiterentwicklung und eine bessere Verfügbarkeit der Systeme.

Herausforderung

Zu den wesentlichen Herausforderungen für Systembetreiber gehört das begrenzte Support-Angebot für veraltete Systeme. Unter den bei Mallinckrodt beschäftigten Ingenieuren gab es gerade einmal zwei, die mit der speicherprogrammierbaren Steuerung der Ausrüstung vertraut waren. Serviceleistungen, Anbietersupport und Ersatzteile waren nur noch bedingt erhältlich und zudem sehr kostspielig. Das Ergebnis? Längere und mit höheren Kosten verbundene Ausfallzeiten.

„Bei der Entscheidung zur Aufrüstung unseres Systems stand die Vermeidung von Kosten klar im Vordergrund“, so Don Geers, Senior Maintenance Engineer bei Mallinckrodt Pharmaceuticals. „Besonders der Produktionsstillstand aufgrund von Hardwareausfällen machte uns zu schaffen. Solchen Problemen wollten wir mit einem neuen, wartungsfreundlichen Steuerungssystem begegnen, für das sich leichter Ersatzteile beschaffen lassen würden.“

Die alte Technologie ließ keine vorbeugenden Instandhaltungsarbeiten zu. Zwar konnten die Ingenieure mithilfe von täglichen Produktionsberichten durchaus Probleme identifizieren, aber eben erst nach deren Auftreten. Ihnen blieben lediglich reaktive Instandhaltungsmöglichkeiten, die ungeplante und längere Ausfallzeiten unvermeidbar machten.

Nachdem man erkannt hatte, dass die vielen Ausfälle wesentlich höhere Kosten verursachten als ein Technologiewechsel, entschied man sich bei Mallinckrodt für ein neues Steuerungssystem. Der Austausch einer solchen sensiblen Komponente in einer Fertigungseinrichtung, die täglich rund um die Uhr betrieben wird, ist immer mit einer sorgfältigen Planung verbunden. Ziel des verantwortlichen Teams war es, die übergangsbedingte Ausfallzeit so kurz wie möglich zu halten, und zu gewährleisten, dass das neue System direkt bei Inbetriebnahme effizient und mit voller Leistung laufen würde.

Lösung

Die Entscheidung fiel auf eine virtualisierte Architektur. Mallinckrodt entschied sich, seine existierenden speicherprogrammierbaren Steuerungen durch ein PlantPAx®-Prozessleitsystem von Rockwell Automation zu ersetzen und dieses auf seiner vorhandenen VMware-Virtualisierungsinfrastruktur aufzubauen. Die virtualisierte PlantPAx-Plattform bietet werksweite interdisziplinäre Steuerungsmöglichkeiten und macht physische Server für die Ausführung der Batch- und HMI-Software überflüssig. Das trug zu einem deutlich reduzierten Instandhaltungsaufwand für Server und Workstations bei.

Zur Minimierung der Ausfallzeit wurde das Systemdesign in zwei Phasen umgesetzt. Die erste Phase wurde vom unternehmenseigenen Instandhaltungsteam mit technischer Unterstützung durch Rockwell Automation und dessen lokalen Systemintegratoren Stone Technologies und Syntronix durchgeführt, wobei Letztere für die Entwicklung der Programmierstandards zuständig waren. Rockwell Automation erstellte anschließend die Dokumentation sowie die Funktions- und Designspezifikation. Entwicklung, Testing und Validierung des Programmcodes erfolgten anschließend in Teamarbeit. Dieser Standardcode würde für die nächste Phase benötigt werden und sollte zudem auch in neuen Projekten zum Einsatz kommen, die in der Einrichtung umgesetzt werden.

Während der Entwicklung betrieb Rockwell Automation an seinem Standort in Cleveland ein identisches Zweitsystem, das zu Fehlerbehebungszwecken sowie für abschließende Programmierarbeiten vor der endgültigen Inbetriebnahme beim Kunden diente. Mallinckrodt behielt diesen Service bei, um auch künftig bei Problemen oder Systemänderungen auf die Hilfe der Supporttechniker zurückgreifen zu können.

In der zweiten Phase wurden die Funktionsspezifikationen an die neuen Programmierstandards angepasst. Durch die Nutzung der vorhandenen Dokumentation für die Produktionsstraße konnte das Projektrisiko verringert werden. Diese Vorgehensweise erleichterte zudem dem Team für Anlagentechnik, Qualität und Validierung die Umstellung auf das neue System, da es bereits mit der Dokumentation vertraut war. Die Folge waren Zeit- und Kosteneinsparungen für Systemtests und -validierungen.

Die Werksabnahmeprüfung bei Mallinckrodt vor Ort wurde von Rockwell Automation mit Unterstützung lokaler Systemintegratoren durchgeführt. Insgesamt nahm sie drei Monate in Anspruch. Nach der anschließenden Installation der Systeme in der Betriebseinheit wurde die ordnungsgemäße Funktionsweise aller Komponenten zunächst anhand von mehreren Prüf-Batches auf Wasserbasis getestet. Erst danach kamen die teuren Chemikalien für die Herstellung von Arzneimittelbestandteilen und Mitteln für bildgebende Verfahren zum Einsatz. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Tests wurde das System von den Technikern von Rockwell Automation und Syntronix vor Ort in Betrieb genommen.

Als Bestandteil des PlantPAx-Systems wurde eine Berichterstellungs- und Archivierungssoftware implementiert, die die Fertigungsintelligenz optimieren sollte. Die Software dient der Erfassung, Nachverfolgung und Aufzeichnung von wesentlichen Prozessdaten, mit denen sich Produktionstrends lokalisieren und präventive Instandhaltungsarbeiten ausführen lassen. Mallinckrodt ist nun mit verifizierten elektronischen Berichterstellungsfunktionen ausgestattet, die die gesetzlichen Anforderungen besser erfüllen als zuvor und die zur Optimierung des gesamten Produktionsbetriebs beitragen.

Zusätzlich hat Mallinckrodt auch seine Bedienerterminals aufgerüstet. Auf der Basis der existierenden Bedienerschnittstelle der Anlage wurde eine neue grafische Oberfläche entwickelt – mit 140 visualisierten Prozessvorlagen für die neue API-Umgebung. Das Ziel bestand darin, die Bedienerschnittstelle so weit wie möglich an die vorhandene Ausrüstung anzupassen, sodass die Bediener nach der Umstellung problemlos mit dem neuen System würden arbeiten können.

Ergebnisse

Letztendlich konnte die Inbetriebnahme innerhalb von fünf Wochen abgeschlossen werden; die Ausfallzeit war dank der intelligenten Technik, der Migrationstools und der umfangreichen Funktionstests minimal.

„Das neue PlantPAx-System stellt wesentlich aussagekräftigere Informationen zur Diagnose und Fehlerbehebung für die Hardware des Steuerungssystems bereit als das alte“, so Geers. „Dank einer einheitlichen Informations- und Steuerungsplattform konnten unsere Mitarbeiter von der teuren reaktiven Instandhaltung zu einer proaktiven Instandhaltung übergehen, die mit der alten Technologie nicht möglich gewesen wäre. In Zukunft werden wir hiermit unsere Ausfallzeit noch weiter verringern können.“

Durch die redundante virtuelle Infrastruktur in zwei getrennten Gebäuden wird ein zusätzlicher Schutz bereitgestellt, der verhindert, dass der Totalausfall eines Standorts zur Abschaltung des gesamten Systems führt. Zusätzlich wurde eine virtualisierte Plattform eingerichtet, die Informationsinseln zusammenführt. Falls ein System im Rechenzentrum ausfällt, steht dem Team von Mallinckrodt die Datensicherung zur Verfügung. Die gesicherten Daten können auch bei Ausfällen aufgrund von geplanten Instandhaltungsarbeiten genutzt werden, sodass die Produktion unterbrechungsfrei weiterlaufen kann.

Schätzungen von Mallinckrodt zufolge verschafft die Virtualisierung dem Unternehmen bei Systemausfällen eine Zeitersparnis von mindestens acht Stunden; wenn nach einem Neustart des Systems die Produktion erst wieder anlaufen muss, sind es sogar 24 Stunden. Angesichts dreier separater Anlagen, von denen eine die Stromversorgung für die anderen sicherstellen muss, bietet die Virtualisierung dem Unternehmen die Möglichkeit der schnellen Systemwiederherstellung nach einem Notfall.

Was den Instandhaltungsaufwand angeht, konnte die Aufrüstung des Steuerungssystems also eindeutig als Erfolg verbucht werden; die Vorteile gehen aber weit darüber hinaus. Die Bereiche Sicherheit, Gesundheit und Umweltschutz, Fertigung und Produktion sowie die Führungsteams von Mallinckrodt haben nun über das PlantPAx-Prozessarchiv kontinuierlich Zugriff auf aktuelle Prozessdaten. Damit können sie die gesetzlichen Anforderungen an die Berichterstellung besser erfüllen als zuvor, in Echtzeit auf Produktionsinformationen zugreifen und bei Bedarf geeignete Maßnahmen einleiten.

In der Tat profitieren alle Bediener und Manager im gesamten Unternehmen von einem besseren Zugriff auf Systemdaten. Zum Beispiel stehen die in der Archivierungssoftware gespeicherten Daten allen Mitarbeitern in allen Gebäuden auf dem Firmengelände zu Analysezwecken zur Verfügung; die einzige Voraussetzung dafür ist die Kalkulationssoftware Excel®. Des Weiteren analysieren Spezialisten aus dem Bereich Sicherheit, Gesundheit und Umweltschutz nun Echtzeitdaten und können so verhindern, dass gefährliche Chemikalien in die Umwelt gelangen. Die Bediener können bei der Eingabe von Produktionsdaten über die Bedienerschnittstelle nun ein elektronisches Batch-Protokoll anlegen und damit das Fehlerrisiko in Compliance-Berichten minimieren.

Die täglichen Produktionsberichte versorgen die Techniker und Manager mit korrelierten Prozessdaten aus den Batches der letzten Tage; damit können sie unverzüglich Trends ableiten und Änderungen zur Optimierung der Produktion oder zur Beseitigung von Engpässen in Auftrag geben. Mallinckrodt kann mögliche Probleme nun vorhersehen, schneller reagieren und konsistente Produkte von gleichbleibend hoher Qualität erzeugen.

„Schon beim ersten Kontakt in Bezug auf unser Aufrüstungsvorhaben trat Rockwell Automation mit einem Team an uns heran, das sich in der Life Science-Branche auskannte“, führt Geers weiter aus. „Diese Spezialisten sprachen unsere Sprache und wussten, wie unsere Branche funktioniert; das bestärkte unsere Entscheidungsträger, sodass wir unsere offensive Zeitplanung mit nur minimalen Störungen und Problemen einhalten konnten.“

Fehlende Instandhaltungsmöglichkeiten haben die Aufrüstung des Steuerungs- und Berichtssystems angestoßen, trotzdem profitieren mittlerweile alle Betriebsabläufe von einem optimierten Betriebssystem und einem besseren Zugang zu Produktionsdaten. Mallinckrodt ist nun in der Lage, Werkzeuge für alle technischen Abteilungen zu bauen, und kann so die Vorteile eines Steuerungssystems nutzen, das zur Stärkung des gesamten Teams beiträgt.

Die oben genannten Ergebnisse beziehen sich speziell auf die von Mallinckrodt Pharmaceuticals in Kombination mit weiteren Produkten genutzten Produkte und Services von Rockwell Automation. Die jeweiligen Ergebnisse können sich von Kunde zu Kunde unterscheiden.

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