Wegweisend kann die Entwicklung von „hybriden“ Systemen sein, die Edelstahl- und Single-use-Technologie kombiniert: Dieser Ansatz für die Prozessautomatisierung führt zu höchster Flexibilität und Leistungsstabilität.

Als führender Anbieter von maßgeschneiderten Automationslösungen für biopharmazeutische Produktionsprozesse integriert Zeta Single-­use-Systeme nahtlos in neue oder bestehende Automationsumgebungen. Kundenspezifische Standards werden durch intelligente Automationsstrategien implementiert – dadurch entsteht ein Mehrwert für die Prozesssteuerung. Ein wegweisendes Projekt für ein bedeutendes internationales Pharmaunternehmen war der Auftakt einer Reihe von Folgeprojekten in der Schweiz und in Deutschland.

Integrative Lösungen für die Automatisierung

Die Integration von Single-use-­Equipment in größere Automationssysteme ist eine Herausforderung. Anbieter wie Cytiva, Merck-Millipore, Sartorius, Thermo Fisher Scientific oder Pall bieten eine breite Palette von Equipment für Single-use-Anwendungen an. Was die Software betrifft, so stellen sie in der Regel eine einzige Lösung zur Verfügung, basierend auf ihren eigenen Standards. Ähnlich verhält es sich mit der Messtechnik: Die Anbieter setzen jeweils auf ihre eigenen Systeme und sind in Bezug auf Standards selten flexibel.

Der Anwender benötigt in der Regel jedoch ein einziges, spezifisches Set aus Standards, die für den Betrieb der gesamten Anlage gelten und zu jedem Zeitpunkt die problemlose Integration neuer Geräte ermöglichen. Bei bestehenden Anlagen ist es wichtig, dass bereits etablierte Standards beibehalten werden können. Das bedeutet, dass bei der Integration von Single-use-, Mess- oder Sensortechnologie an die Kundenbedürfnisse angepasste Lösungen gefragt sind. Die geringe Flexibilität der Herstellerstandards einerseits und die kundenspezifischen Erfordernisse andererseits stehen in einem gewissen Widerspruch zueinander. Zetas Lösung besteht hier aus einer einheitlichen Automatisierungsumgebung, die die Integration eines jeden bereits vorhandenen oder neu erworbenen Systems ermöglicht. Verfügt der Kunde über eine bestehende Automatisierungsinfrastruktur, können weitere Systeme in diese bestehende Umgebung eingebunden werden. Die Standardsysteme der verschiedenen Hersteller werden entsprechend modifiziert und in die virtualisierte Plattform integriert. Durch die Anpassung an kundenspezifische Gegebenheiten und die Etablierung eines einheitlichen Standards bleiben die vertraute Benutzeroberfläche und die gewohnte Arbeitsweise erhalten.

Das Spektrum der Automatisierungslösungen reicht von der Stand-alone-Lösung mit Standardsoftware für den Single-use-Bereich bis hin zu umfangreichen Prozessleitsystemen in regulierten Umgebungen. Ausgehend von den individuellen Anforderungen des Kunden werden mit etablierten Methoden der Prozessautomatisierung maßgeschneiderte Lösungen entwickelt. Auf diese Weise entstehen standardisierte und modulare Funktionen, die ein Höchstmaß an Flexibilität und Produktionssicherheit garantieren. Der strukturierte Aufbau der Automatisierungssoftware und die strikte Einhaltung der GAMP-Richtlinien gewährleisten die Erfüllung der hohen Qualitätsanforderungen, die an Produktionsprozesse im regulierten Umfeld gestellt werden.

Integration von Single-use-Technologie

Zeta ist ein weltweiter Vorreiter bei der Entwicklung von „hybriden“ Systemen, die Edelstahl- und Single-­use-Technologie kombinieren. Dieser Ansatz führt zu höchster Flexibilität und Leistungsstabilität, wie 2018 in einem wegweisenden Projekt mit einem Kunden in der Schweiz gezeigt wurde. Die komplett maßgeschneiderte Lösung umfasste die Integration von vier Cytiva Single-use-Bioreaktoren. Das Fast-Track-Projekt inkludierte die Entwicklung, Fertigung und Installation einer Edelstahl-Arbeitsbühne mit Versorgungsleitungen für die Reinräume sowie die Automatisierung der Single-use-Bioreaktoren auf der Basis der Siemens PCS7-Software. Über 3D-Modellierung wurden eigenständige Single-use- und Hilfssysteme in die Anlage integriert und ein platzsparendes Design für Leitungen, Rohrleitungen und Schläuche entwickelt. Durch die Verlegung der Rohre konnte die Prozesssicherheit deutlich verbessert werden. Rohrbiegeprobleme im Betrieb und Stolperfallen wurden beseitigt. Die Maßnahmen verbesserten den EHS-Aspekt (Environment, Health and Safety) insgesamt. Notwendige Schlauchlängen wurden durch die Installation von Edelstahlrohren minimiert. Die Anlage ist durch ihre Konzeption leicht zu reinigen und zu warten und bietet einen ergonomischen Zugang zu dem Single-use-Equipment. Die Funktionalität wurde in der Fertigungshalle durch statische und dynamische Tests überprüft. Die Automatisierungslösung ermöglicht einen flexiblen Prozess. Die Hard- und Software für die Automatisierung wurde so konzipiert, dass sie in eine bestehende Umgebung integriert und „ready-to-use“ geliefert werden konnte.

Projektmanagement, agile Methodik, Scrum und Kanban

Der Kunde war höchst zufrieden und beauftragte Zeta daraufhin mit der Lieferung einer zweiten Produktionslinie – einer gespiegelten Version des beschriebenen Systems. Wie bei der ursprünglichen Anlage wurden vier Cytiva Single-use-Bioreaktoren integriert. Um die GMP-Konformität derselben sicherzustellen, führten wir einen zusätzlichen Passivierungsschritt durch und überwachten die Verbesserung der Schweißnähtedurch endoskopische Tests. Dadurch wurde das Risiko einer Beschädigung der Temperiereinheit (TCU) durch lose Metallspäne ausgeschlossen.

Der Aufbau der Edelstahl-Arbeitsbühne mit den Medienversorgungsleitungen wurde gemäß den Wünschen des Kunden angepasst. Die Anlage ist deshalb kein exaktes Spiegelbild der ursprünglichen Anlage, sondern wurde in drei Richtungen erweitert. Dadurch wurden zusätzlicher Platz für Gaskästen und Stellflächen für Pumpen und Waagen geschaffen, und allgemein eine bessere Zugänglichkeit erreicht. Durch die Erweiterung der Arbeitsplattform erhöhte sich allerdings die Komplexität der Medienversorgungsleitungen und der Kabeltrassenplanung erheblich.

Single-use-Equipment sowie zusätzliche Messgeräte wurden in die Automatisierungsumgebung des Kunden integriert. Die kundenspezifischen Standards wurden bei allen Geräten angewendet. Mettler Toledo-Waagen wurden ebenfalls integriert, und ein Problem mit deren Tarierung wurde durch eine Umstellung von Profibus auf Profinet-System gelöst. Unsere Automatisierungsingenieure inte­grierten auch ein Modul für die Rührwerke, welches zuvor vom Kunden programmiert worden war.

Für ein effizientes und flexibles Projektmanagement kombinierte das Automatisierungsteam traditionelle Projektmanagementmethoden mit Elementen der agilen Methodik wie Scrum und Kanban. Dieser Ansatz half, das gesamte Team einzubinden, zu informieren und zu motivieren und erleichterte die Koordination mit dem Kunden. Außerdem ermöglichte es eine kontinuierliche Optimierung und ein rasches Reagieren auf Änderungen. Die Scrum-Methodik wurde entsprechend den Anforderungen des Projekts flexibel eingesetzt, ohne dabei streng dem Lehrbuch zu folgen.

Folgeprojekte in der Schweiz und Deutschland

Als der Kunde von der erfolgreichen Durchführung des Fast-Track-Projekts vollkommen überzeugt war, beauftragte er uns, Zetas Konzept zur Single-use-Integration in einer ganzen Reihe von Folgeprojekten umzusetzen. Diese Projekte betrafen nicht nur den Standort in der Schweiz, sondern auch eine Produktionsstätte in Deutschland. Der Schwerpunkt der meisten Projekte lag auf der Automatisierung und Integration von Cytiva Single-use-Bioreaktoren in die vorhandenen Leitsysteme. Darüber hinaus waren die Integration in die bestehende IT-In­frastruktur, die Einbindung von Waagen, TCUs und weiteren Geräten, ein Revamping-Projekt, Factory Acceptance Tests und vieles mehr gefragt. Deshalb blicke ich mit Begeisterung in die Zukunft und freue mich auf viele weitere Projekte, bei denen die Umsetzung unseres Konzepts dem Kunden wertvolle Unterstützung bieten wird.

Autor: Maximilian van de Graaf, Head of Sales Automation, Zeta, Lieboch (Österreich)