Als Weltmarktführer für pharmazeutische Verpackungssysteme gestaltet die Uhlmann Pac-Systeme GmbH & Co. KG in Laupheim die vierte industrielle Revolution in ihrer Branche mit. Seit rund einem Jahr kooperiert das Unternehmen deshalb in Bereichen wie Datenanalyse und Prozessmanagement mit Informatikern der Universität Ulm. Neben Wissenschaftlern des Instituts für Datenbanken und Informationssysteme (DBIS) tragen auch Studierende ihr Wissen in die Praxis. Ende September wurde die langfristig angelegte Zusammenarbeit nun beim gemeinsamen Forschungskolloquium „Digitalisierung für pharmazeutisches Verpacken“ vertieft und erste Projektergebnisse präsentiert.
Mehr als 8000 Maschinen der Firma Uhlmann verpacken in über 80 Ländern Arzneimittel in Blister, Flaschen und Kartons. Dabei werden die Tabletten zugeführt, die Blister versiegelt, in Faltschachteln und Kartons verpackt sowie schließlich palettiert. Während des Verpackungsprozesses fallen im Millisekundentakt Rohdaten an, die von zahlreichen Sensoren und Aktoren in den miteinander vernetzten Verpackungslinien erfasst werden. Doch wie können aus dieser Flut an Produktions- und Sensordaten („Big Data“) betriebswirtschaftlich relevante Informationen gewonnen werden? Hier kommen die Informatiker der Universität Ulm ins Spiel: „Am DBIS sind wir Experten für Prozessautomation und bilden Arbeitsabläufe entlang der Maschinen digital ab. Bei diesen Prozessen fallen Daten an, die im jeweiligen Kontext interpretiert werden müssen – und dabei sind wir weltweit führend“, erläutert Institutsleiter Professor Manfred Reichert.
Effzienz durch intelligente Datenanalyse
Ein klassisches Beispiel aus dem Bereich Industrie 4.0 ist das so genannte „Condition Monitoring“: Durch die intelligente Analyse von Sensor- und Maschinendaten können die Informatiker die Effizienz der Maschine überwachen und unter anderem feststellen, wann sie instand gesetzt werden sollte. Der nächste Schritt ist die vorausschauende Wartung („Predictive Maintenance“). In diesem Sinne haben die Ulmer Informatiker Voraussetzung dafür geschaffen, dass mittels einer Analyse der Motorstromdaten bereits 400 Stunden im Voraus Hinweise auf ein mögliches Kettenversagen gegeben werden können.
Auf Basis solcher Datenanalysen entwickelt Uhlmann mit Unterstützung der Ulmer Informatiker auf den jeweiligen Kunden zugeschnittene Produkte und Servicedienstleistungen. Beispielsweise stellen global agierende Pharmakonzerne, die Wert auf ständige Produktionsbereitschaft legen, ganz andere Anforderungen an Verpackungslinien als hochspezialisierte, regionale Anbieter. Zudem steigt die Nachfrage nach unterstützenden Dienstleistungen wie der Durchführung von Wartungsarbeiten oder Projekten zur Effizienzsteigerung, die dank Datenanalyse individuell auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten werden können. Natürlich spielt dabei auch das Thema Datensicherheit eine große Rolle.
Weitere digitale Dienstleistungen, bei denen die Ulmer Informatiker Uhlmann zur Seite stehen, umfassen die Visualisierung von Maschinendaten und vor allem die Entwicklung einer Plattform für die Dokumentation des Produktionsprozesses („Track and Trace“): Gesetzliche Vorgaben verpflichten Pharmahersteller dazu, jede einzelne Verpackung zu kennzeichnen und die Logistikkette lückenlos zu überwachen. So sollen unter anderem Medikamentenfälschungen verhindert werden.
Im Bereich Mensch-Maschine-Interaktion entwickeln Ulmer Wissenschaftler zudem Interaktionskonzepte für Augmented Reality-Brillen („HoloLens“), die in Kombination mit Prozessmanagementtechnologie eine verbesserte Unterstützung von Wartungs- und Supportprozessen ermöglichen.
Auch Studierende bringen ihr Können ein
Der Kontakt zu Uhlmann kam vor rund einem Jahr durch einen ehemaligen Studenten der Universität Ulm zustande. Über die Betreuung von Abschlussarbeiten hinaus wurde eine strategische Zusammenarbeit vertraglich vereinbart und das Drittmittelprojekt CaPE (Context-adaptive Process Execution in Industrial Environments) gestartet, in dessen Zuge Uhlmann eine Promotionsstelle finanziert. „Die von Uhlmann bereits begonnenen Arbeiten zum Thema Condition Monitoring konnten wir sinnvoll durch unsere Expertise ergänzen und weitere Entwicklungsfelder identifizieren“, erklärt Klaus Kammerer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am DBIS. Der Doktorand ist mehrere Tage in der Woche vor Ort in Laupheim und betreut dort im Rahmen seiner Promotion auch Studierende. Inzwischen ist ein von ihnen entwickeltes Framework, das Datenströme in Echtzeit analysiert, bei Uhlmann im Einsatz.
„Wir sind immer an der Anwendung unserer Forschungsresultate interessiert. Der Austausch mit dem regionalen Industriepartner Uhlmann bringt wichtigen Input aus der Praxis und verdeutlicht unseren Studierenden, dass wir nicht für die Schublade arbeiten“, beschreibt Professor Reichert die Situation. Und auch in Laupheim ist man von der Kooperation überzeugt: „Die Zusammenarbeit mit den Experten und Studierenden der Universität Ulm ergänzt die Kompetenzen bei Uhlmann optimal. Die Kooperation bietet uns nicht nur die Möglichkeit, auf akademisches Fachwissen zurückzugreifen, sondern auch engagierte Absolventen für eine Tätigkeit bei Uhlmann zu gewinnen“, erklärt Jörg Riekenbrauck, Leiter der Vorentwicklung bei Uhlmann.
Forschungskolloquium in Laupheim
Am ersten Forschungskolloquium am 26. September bei Uhlmann in Laupheim haben rund 35 Expertinnen und Experten aus Industrie und Wissenschaft teilgenommen.
Nach der Präsentation des aktuellen Uhlmann-Entwicklungsstatus erläuterten Forscherinnen und Forscher der Universitäten Ulm und Magdeburg ihre Lösungsansätze in den Bereichen Datenanalyse, Prozessmanagement, Interaktionskonzepte sowie IT-Infrastrukturen für Industrie 4.0. Die nächsten Herausforderungen: Wie lassen sich die Sensordaten der weltweit verteilten Verpackungsmaschinen in einer Cloud für die Analyse und Weiterverarbeitung speichern und die daraus gewonnenen Erkenntnisse für die Optimierung der Prozessabläufe nutzen? Wie werden Benutzer in Zukunft mit den Maschinen interagieren? Diese Themen wurden in der anschließenden Diskussion intensiv erörtert. Weitere Forschungskolloquien werden folgen.
Für die nächste Studierendengeneration steht übrigens eine Miniatur-Fabrik am Institut für Datenbanken und Informationssysteme bereit: Im handlichen Format können sich die Softwareentwickler von morgen mit der Digitalisierung einer Fabrik und deren Prozesse vertraut machen.
Zum Hintergrund
Im Kontext Industrie 4.0 ist das Institut für Datenbanken und Informationssysteme in mehrere Forschungsvorhaben eingebunden: Im Verbundprojekt mit den Hochschulen Ulm und Reutlingen erarbeiten die Informatiker, wie sich Logistik-Prozesse softwaretechnisch unterstützen lassen. Weiterhin ist kürzlich ein Kooperatives Promotionskolleg „Cognitive Computing in Socio-Technical -Systems“ mit der Hochschule Ulm gestartet. Im Zentrum stehen intelligente technische Systeme, die bei der Umsetzung von Prozessen im Zeitalter von Industrie 4.0 eine wichtige Rolle spielen.