Kontinuierliche Fertigung

Der kontinuierliche Fluss ist ein Fertigungsprozess, bei dem Produkte von Anfang bis Ende in einer Produktionslinie ohne geplante Unterbrechungen hergestellt werden. Es handelt sich um eine Art der Materialverarbeitung, bei der das Material einer kontinuierlichen mechanischen, thermischen oder chemischen Behandlung unterzogen wird.

Bevor wir ins Detail gehen, finden Sie hier eine hilfreiche Tabelle, in der die kontinuierliche Fertigung und die Serienfertigung verglichen werden und die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Fertigungsarten hervorgehoben werden:

[Bild mit freundlicher Genehmigung der FDA-Website der USA]

Herausforderungen des kontinuierlichen Flusses

Die größte Herausforderung der kontinuierlichen Fertigung besteht darin, dass alle erforderlichen Produktionsschritte am selben Ort stattfinden und nahtlos und unterbrechungsfrei ablaufen müssen. Diese Art der Arbeitsablaufkoordination erfordert eine sehr starke Organisationskultur und klare Hierarchien zwischen den Teamleitern.

Weitere Herausforderungen bei der Einführung der kontinuierlichen Fertigung sind:

• Umfangreiche Schulung der Bediener
• Fehlende koordinierte Branchenvorschriften
• Nicht modular und nicht ohne Weiteres umnutzbar
• Hohe Anschaffungskosten
• Schwierigere Anpassung innerhalb der Produktion
• Höhere Schwierigkeit bei der Koordination planmäßiger Wartungsarbeiten
• Die Produktion läuft rund um die Uhr, sodass insgesamt weniger Mitarbeiter benötigt werden, dafür aber mehr Schichten überlappen

Da die für die kontinuierliche Fertigung erforderlichen automatisierten Systeme so spezifisch aufeinander abgestimmt sind, ist es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, die Anlagen für andere Produktionsarten, wie z. B. die Chargenfertigung, umzuwidmen.

Kontinuierliche Fließsysteme sind in der Tat Systeme und nicht einzelne Maschinen, die hintereinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass kontinuierliche Produktionssysteme nicht nur schwer umfunktioniert werden können, sondern auch nicht ohne Weiteres an unterschiedliche Produktionszyklen desselben Artikels, wie z. B. die Serienfertigung, angepasst werden können.

Mit anderen Worten: Hersteller, die auf kontinuierliche Fertigung setzen, haben nicht die Möglichkeit, „zusätzliche“ Produkte herzustellen und auf Lager zu halten. Sie können auch nicht auf mangelnde Nachfrage reagieren, indem sie „nur ein paar“ Produkte auf einmal herstellen.

Diese Art der Fertigung findet größere Akzeptanz, da sie nicht so modular ist wie die Serienfertigung. Die Technologie für ein vollständig integriertes kontinuierliches Fertigungssystem ist noch relativ neu.

Es stimmt, dass es keine koordinierten Vorschriften für den kontinuierlichen Fluss gibt, aber der Grund dafür ist, dass er außerhalb der Material- und Chemikalienverarbeitung noch nicht weit verbreitet ist. Da kontinuierliche Flusssysteme nun auch für Pharmazeutika eingesetzt werden können, werden die Industriestandards sicherlich nachziehen.

Darüber hinaus sind die Herausforderungen im Bereich der Arbeitskräfte bei der kontinuierlichen Fertigung aufgrund des aktuellen Arbeitskräftemangels und der Qualifikationslücken in der Fertigungsindustrie ein wichtiger Punkt.

Der Betrieb von kontinuierlichen Fließsystemen kann langfristig Arbeitskosten einsparen, aber kurzfristig müssen Hersteller mit hohen Kosten für die Aus- und Weiterbildung ihrer Mitarbeiter in der Fertigung rechnen.

Vorteile des kontinuierlichen Flusses

Die Einführung einer kontinuierlichen Fließfertigung bietet zahlreiche Vorteile:

• „Agiler“ als andere Produktionsprozesse
• Kann kleinere Produktmengen mit weniger Ausschuss produzieren
• Deutlich kürzere Produktionszeiten
• Hohe Kompatibilität mit IIoT
• Reduziert die Möglichkeit menschlicher Fehler
• Sicherer für Mitarbeiter beim Umgang mit gefährlichen oder instabilen Chemikalien
• Spart Energiekosten, da Maschinen nicht ständig ein- und ausgeschaltet werden müssen
• Optimierter Prozess ohne unnötige Schritte, die Zeit und Arbeit kosten
• Deckt Qualitätsprobleme auf, die im Lagerbestand verborgen sein können
• Die Produktion läuft rund um die Uhr mit wenig bis gar keinen Ausfallzeiten

Mit all den in ein kontinuierliches Flussmodell integrierten Komponenten, wie Sensoren für Messungen und vorbeugende Wartung, ist die Smart Factory ein hervorragender Kandidat für die Einführung eines solchen Produktionssystems.

Da kontinuierliche Flussmodelle mit großer Präzision harmonisch zusammenarbeiten müssen, entfällt der größte Teil der in traditionellen Produktionsprozessen erforderlichen menschlichen Arbeitskraft.

Diese Abhängigkeit von der Automatisierung spart zwar Arbeitskosten, wird jedoch durch die umfangreichen Schulungen für die Bedienung der Maschinen ausgeglichen.

Insgesamt können intelligente Sensoren und andere Technologien den Abfall in einer kontinuierlichen Fertigungslinie minimieren: Bei Fehlern werden Alarme ausgelöst, sodass die Mitarbeiter das Problem sofort beheben können, anstatt wie bei der Chargenfertigung auf eine Qualitätskontrolle am Ende des Produktionsprozesses zu warten. Im letzteren Fall muss bei Feststellung eines Fehlers möglicherweise die gesamte Charge verworfen werden.

Das gleiche Problem der Verschwendung besteht in der pharmazeutischen Industrie, wo Medikamente in Chargen hergestellt und dann für den Versand oder die spätere Verarbeitung gelagert werden und mit der Zeit kontaminiert werden oder ihre Wirksamkeit verlieren können.

Die Zukunft des kontinuierlichen Flusses

Die kontinuierliche Fertigung wird seit jeher in chemischen Verarbeitungsbetrieben eingesetzt. Dies ist ideal, da bei dieser Art der Fertigung Rohstoffe massiven Temperaturschwankungen und Drücken ausgesetzt sind, um chemische Reaktionen zu durchlaufen.

Hier sind einige der Branchen, die diese Art der Produktion intensiv nutzen:

• Zellstoff und Papier
• Kraftwerke
• Düngemittel
• Ölraffinerien
• Synthetische Fasern
• Erdgas
• Abwasseraufbereitungsanlagen

Diese Beispiele verdeutlichen, warum die kontinuierliche Fertigung der Standard in der Produktion ist: Nur selten produzieren Abfall- oder Ölraffinerien Produkte „auf Bestellung“. Da diese Materialien und Verarbeitungsverfahren für die Grundversorgung und fast alle Bereiche des Handels kontinuierlich benötigt werden, ist es sinnvoll, diese Anlagen rund um die Uhr in Betrieb zu halten.

Da diese Anlagen Materialien unter extrem intensiven Bedingungen verarbeiten (z. B. die zum Schmelzen von Stahl erforderlichen hohen Temperaturen), wäre es außerdem eine enorme Verschwendung von Ressourcen – Energie, Zeit, Geld und Arbeitskraft –, die Maschinen jeden Tag nach einem 9-to-5-Zeitplan an- und abzuschalten. Es ist viel sinnvoller und für die Mitarbeiter sicherer, diese Maschinen rund um die Uhr in Betrieb zu halten.

Heutzutage orientiert sich die Pharmaindustrie an diesen klassischen Materialherstellern. Auch wenn Medikamente in Tabletten- oder Kapselform wie eine „kleinere“ Art der Produktion erscheinen, durchlaufen viele Arzneimittel ebenso intensive chemische Reaktionen.

In der modernen Welt von heute, insbesondere angesichts der fortschreitenden vierten industriellen Revolution, ist die konstante Versorgung mit grundlegenden Medikamenten – wie Ibuprofen – genauso wichtig wie die Versorgung mit metallurgischen Ressourcen – wie beispielsweise Eisen.