EP3628029A1 - System und verfahren zum erstellen und durchführen eines anlagenreinigungsprozesses für verfahrenstechnische anlagen - Google Patents

System und verfahren zum erstellen und durchführen eines anlagenreinigungsprozesses für verfahrenstechnische anlagen

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Publication number
EP3628029A1
EP3628029A1 EP17764520.7A EP17764520A EP3628029A1 EP 3628029 A1 EP3628029 A1 EP 3628029A1 EP 17764520 A EP17764520 A EP 17764520A EP 3628029 A1 EP3628029 A1 EP 3628029A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cleaning
information
plant
pmn
self
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17764520.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Joksch
Vladimir Zahorcak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3628029A1 publication Critical patent/EP3628029A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/032—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing
    • B08B9/0321—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing using pressurised, pulsating or purging fluid
    • B08B9/0325—Control mechanisms therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B13/00—Accessories or details of general applicability for machines or apparatus for cleaning
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations

Definitions

  • the present invention relates to a system for creating and carrying out a plant cleaning process for a process plant, wherein the plant cleaning process is designed as a so-called cleaning-in-place or CIP process, and wherein the process plant cleaning by means of a cleaning in-place or CIP process or is ClP-enabled. Furthermore, the present invention relates to an associated method, which is carried out with the system according to the invention.
  • cleaning-in-place processes or processes have nowadays been established for the purification of process equipment. These are also referred to as localized cleaning.
  • cleaning-in-place CIP
  • sterilization-in-place SIP
  • SIP sterilization-in-place
  • cleaning-in-place CIP
  • CIP sterilization-in-place
  • a plant is cleaned without essential dismantling on those surfaces which are contaminated with products (eg food, pharmaceutical, biotechnological or chemical product, etc.) or media relevant to production (eg substrate, nutrient solution, ingredients, etc.) come into contact. That means in a CIP process In particular, the inner surfaces of all relevant plant components (eg containers, pipes, filters, tanks, boilers, valves, etc.) are cleaned. If the CIP experi- ence also includes SIP aspects, then all areas of the plant that come into contact with the product are not only cleaned but also sterilized without major disassembly. Subsequently, the term cleaning-in-place or CIP is used as an umbrella term, which also includes sterilization-in-place or SIP aspects, as the process flow from the two processes are closely related and have the same structure or process.
  • products eg food, pharmaceutical, biotechnological or chemical product, etc.
  • media relevant to production eg substrate, nutrient solution, ingredients, etc.
  • the success of a plant cleaning process is mainly determined by an exact specification of four parameters or factors: temperature, mechanical action (ie in which strength and manner mechanical energy is used, solution of dirt, contact preparation to cleaning agent), exposure time and chemistry (ie which cleaning - or solvent is used in which concentration).
  • temperature ie in which strength and manner mechanical energy is used, solution of dirt, contact preparation to cleaning agent
  • exposure time ie which cleaning - or solvent is used in which concentration
  • the four factors - temperature, mechanical action, exposure time and detergent / chemistry - may e.g. be set independently. Each of the factors can compensate the others to some extent. In order to achieve a certain cleaning success, the four factors have to be in an exact relationship to each other. This connection is also called Sinnerscher circle.
  • the Sinner circle is a mechanism of action with which cleaning processes and processes are organized and carried out, for example, in commercial cleaning, building cleaning, disinfection, dishwashers and / or washing machines, etc.
  • a gentle cleaning can be achieved by a mild chemistry, low temperature and long exposure time.
  • Rapid cleaning for example, uses aggressive chemistry at high temperature with a relatively short exposure time. In both cases, for example, the same cleaning success can be achieved.
  • the cleaning of a process plant in a cleaning-in-place or CIP process on the one hand by circulation of cleaning solutions by plant parts such as pipes, pumps, valves, containers, etc.
  • spraying devices eg spray nozzles, jet cleaner
  • a cleaning operation in addition to circulating and / or applying the cleaning agent throughout the plant may also include steps such as preparing the cleaning agent to a predetermined concentration, heating the cleaning agent, and / or drying the cleaned equipment to a desired degree of drying.
  • a CIP process may include, for example, the following steps:
  • CIP systems For the implementation of CIP processes in process plants, various approaches are known today. For example, there are explicit CIP systems or systems which are connected to the process plant to be cleaned or are installed on the plants to be cleaned. These CIP systems include, for example, tanks for the liquids, pumps and at least one control unit for carrying out the system cleaning process. Such CIP system are known for example from the writings DE 10 2015 209 355 AI or WO 2015/192254 AI. Explicit CIP systems are primarily used for smaller systems, eg in the food industry, and provide all the process steps required for cleaning.
  • ClP-compatible means that the respective process plant is suitable for cleaning by means of the CIP process, for example because of its geometric structure and the materials used.
  • ClP-capable components for example valves, etc.
  • ClP-capable components can e.g. be easily cleaned due to their geometric structure and the material used. Furthermore, they may e.g. have their own control lines, which allow integration or control by the ClP system during cleaning. But here, too, an often complex engineering of the CIP process has to be carried out in order to achieve the desired cleaning result of the plant and to take the CIP-capable components into account accordingly.
  • process engineering plants such as e.g. used in the pharmaceutical industry to purify a product (e.g., filtration equipment, chromatography systems, etc.) are e.g. often integrates CIP functionalities. That Such systems or plant components can clean themselves and are therefore only to supply them with the appropriate cleaning agents.
  • process engineering plants therefore, the CIP process often has to be created using complex, mostly plant-specific engineering - just like the actual production process.
  • the invention is therefore based on the object to provide a system and an associated method for creating and performing a CIP cleaning process for process plants, by which a plant cleaning process with sufficient cleaning quality for each process plant or for changes in the system configuration system specific and at least partially Automated in a simple manner and with little effort to create and feasible.
  • the object is achieved by a system of the type mentioned in the introduction, in which a process plant to be cleaned is digitally imaged on a plurality of process modules.
  • a self-description information with regard to the respective cleaning properties of the respective process module is stored such as autonomous cleaning processes, cleaning paths and interfaces for supply and drainage of cleaning and / or detergent.
  • each process module is configured and arranged to transmit or share the respective self-description information.
  • the system according to the invention also has at least one auxiliary module, which provides auxiliary services for the system cleaning process, such as, for example, the provision of cleaning and / or rinsing agents, recording and / or conditioning of cleaning agents used.
  • the at least one auxiliary module is designed and set up for transmitting or sharing information about the respective auxiliary services.
  • a process planning unit is provided which has a system cleaning process information.
  • the cleaning process information comprises at least the cleaning steps necessary for the system cleaning process, as well as model descriptions of a cleaning efficiency per cleaning step.
  • the process planning unit is also designed and set up to determine a cleaning schedule on the basis of the cleaning process information, the self-description information of the process modules and the information of the at least one auxiliary module.
  • the main aspect of the present invention is that for the cleaning process for the system or for the cleaning-in-place process, a virtual or digital twin of the process plant is created, with which automatically or at least partially automated a CIP cleaning schedule can be created specifically for the respective plant and possibly only for plant parts.
  • a total effort for the creation of a CIP concept for a process plant can be significantly reduced.
  • the CIP concept or specific cleaning schedule can be quickly and at least partially automated to the new cleaning conditions (eg new process modules, new or changed cleaning paths, etc.). ) be adjusted.
  • the plant-specific cleaning process plan created with the system according to the invention can be run virtually using the system according to the invention. As a result, it can be tested, for example, whether all components of the process plant are covered by the cleaning. It In this way, errors in the creation of the CIP concept (eg erroneous assumptions in the case of self-description and / or cleaning process information, etc.) and / or errors in the configuration of the real plant with regard to the so-called CIP capability can be detected early on be recognized and corrected. Furthermore, resources required for the specific cleaning schedule (eg cleaning agent, dishwashing detergent, etc.) can be calculated or it can be ascertained whether existing resources are sufficient. In addition, the respective cleaning schedule can be optimized, for example, to a minimum consumption of resources.
  • the specific cleaning schedule eg cleaning agent, dishwashing detergent, etc.
  • the determined cleaning schedule can then - after appropriate check for accuracy - transferred directly and without much engineering effort to the respective real plant and there carried out a corresponding cleaning-in-place according to the determined plant-specific cleaning schedule.
  • a process control unit is provided, to which a determined, installation-specific cleaning schedule for a test and execution in the real, procedural system can be transferred.
  • either the self-description information of the process modules or the cleaning process information stored in the process planning unit may be adjusted by appropriate corrections (e.g., correction of erroneous assumptions in the model descriptions of cleaning efficiency, correction of material data, etc.).
  • appropriate corrections e.g., correction of erroneous assumptions in the model descriptions of cleaning efficiency, correction of material data, etc.
  • a new cleaning schedule can be determined with the system according to the invention, whereby the CIP process is improved and optimized.
  • the respective plant-specific CIP process or cleaning schedule is well documented. As a result, for example, insufficient cleaning results causes can be quickly identified and corrected by appropriate corrections become. Furthermore, the documentation can also be used as a basis for validation processes, eg for operation of the plant in a "Good Manufacturing Practice" environment.
  • CIP processes or cleaning schedules can be used in various ways (eg Resource expenditure, time expenditure, etc.) can be optimized very simply, since all system-specific information is available through the self-description information of the respective process modules.
  • Process modules to which the respective process plant is digitally mapped can describe a wide variety of components or devices of the process plant to be cleaned. From process modules, for example, plant components such as boilers, tanks, containers, filters, etc. can be displayed, with associated piping, valves, interfaces to other system components, etc. are also taken into account.
  • plant components such as boilers, tanks, containers, filters, etc.
  • the system components described by means of process modules must be designed so that they can be cleaned or CIP-enabled by means of the CIP process. That The system components should be designed in such a way that all surfaces to be cleaned can be reached and cleaned via appropriate connections by means of cleaning and / or rinsing agents and that materials can be used which can be cleaned using the CIP process.
  • system components should have no dead arms and / or cavities, which can not be flushed.
  • each system component described as a process module should have appropriate connections (interfaces) for inflows and outflows of cleaning and rinsing agent.
  • the corresponding information NEN are then stored in the self-description information for each process module.
  • an expedient embodiment of the invention provides that the self-description information of the respective process module to be cleaned at least a description of autonomous cleaning processes such. a use of sprayers, etc., a description of used for cleaning interfaces (eg inflows and outflows of cleaning and / or detergent, in particular for a self-cleaning eg by means of a sprayer) and a definition of cleaning paths includes, of which all possible paths within the process module and all interfaces (for inflow and outflow of cleaning and / or rinsing agent) are taken into account. Furthermore, the self-description information should ideally also include status information relating to the respective cleaning status and a respective dirt loading of the respective cleaning paths and interfaces of the corresponding process module.
  • the cleaning paths also have properties which are advantageously stored and managed in the self-description information of the respective process module.
  • the self-description information of the respec gene process module therefore ideally includes additional information for each associated cleaning paths.
  • values for cleaning-specific parameters for the respective process module and the associated cleaning paths can be determined on the basis of the model descriptions of the cleaning efficiency per cleaning step.
  • the formations for the respective cleaning paths may include, for example, a cleaning status (eg clean, contaminated, etc.) and / or properties of the respective cleaning path, which are used to calculate a minimum flow or flow required for the cleaning and to calculate a maximum permissible flow rate or Flow can be used.
  • material properties such as surface roughness or other Specific factors that have an effect on the cleaning time can be stored.
  • Cleaning process information in particular a description of the required system cleaning process per material and / or material processed in the system or the respective process module, is managed in the process planning unit.
  • the cleaning process information includes a description of the cleaning steps usually required for the plant cleaning process, such as cleaning. alkaline rinsing, rinsing, acid rinsing, rinsing, steam sterilization, etc.
  • the cleaning steps are dependent on the particular plant or its field of application (for example, food industry, biotechnology, chemistry, pharmaceutical production, etc.).
  • the cleaning process information also includes the model description of the cleaning efficiency per cleaning step - usually in the sense of the Sinner's circle, by which a relationship of four factors or parameters for the cleaning success - temperature, mechanical action, exposure time and detergent / chemistry - is described.
  • model descriptions of the cleaning efficiency per cleaning step contained in the cleaning process information are stored as a formulaic relationship of the cleaning-specific parameters, such as temperature, exposure time and mechanical action, or in the form of a table. From these model descriptions of the cleaning efficiency can then very easily for each process module per cleaning step based on information from the self-description information of the respective process module (eg internal flow conditions, surface condition, maximum achievable flow rate, temperature performance, etc.) the corresponding parameter values (eg exposure time, flow rate per time, temperature, etc.) can be calculated or calculated. Furthermore, it is favorable if information on the substance constants of the at least one cleaning agent used is contained in the cleaning process information.
  • the substance constants of the cleaning agent or the Reynolds number that can be determined therefrom can also be used to calculate a minimum or maximum value of a flow rate per unit time on the respective cleaning path.
  • the minimum value indicates the achievement of a turbulent flow necessary for the plant purification process on the respective cleaning path.
  • the maximum value results from that value, which must be undercut to prevent cavitation.
  • the process planning unit is designed to create the system-specific cleaning schedule for the respective production process carried out on the system.
  • a cleaning schedule is created specifically for a production of a specific product, which can then be run after each production (for example, batch, etc.) for the cleaning of the plant.
  • the process planning unit can also be designed to create the system-specific cleaning schedule dynamically as a function of the respective production and / or the respective degree of contamination.
  • the plant-specific cleaning schedule will be created according to requirements, eg after the production of a product, whereby the preparation is based eg on the degree of contamination of the process modules.
  • a cleaning schedule for individual plant parts or process modules can ideally also be created on demand.
  • system components can already be made ready or cleaned in other parts of the system for a new production before the end of production, thus reducing downtimes.
  • a communication network for a data and information exchange between process modules, the at least one auxiliary module and the process planning unit is provided.
  • a bus system the Internet, wired and / or wireless communication networks (eg wireless LAN, etc.) can be provided for the data and information exchange.
  • the system according to the invention is designed as a so-called Cyber Physical Production System or CPPS.
  • a Cyber Physical Production System such as e.g. WO 2016/074728 A1 or WO 2016/074730 A1 describes a system which consists of production modules which communicate with one another and with facilities of production planning and production control and thereby scheduling and controlling production lines. or production process of products.
  • the cleaning or CIP process is considered as a production process whose goal is not a finished product but a cleaned plant.
  • the solution of the above object is also achieved by a method for creating and performing a cleaning process, which is performed as a CIP process, for a process engineering, ClP-capable system with the system according to the invention.
  • the process plant to be cleaned is mapped in the form of process modules, with each process module comprising self-description information with regard to respective cleaning properties of the respective process module.
  • a cleaning process information is requested from each process module by a process planning unit, wherein in the cleaning process information at least for the cleaning process of the system necessary cleaning Steps and model descriptions of a cleaning efficiency per cleaning step are deposited.
  • the cleaning process information is supplemented by information based on the self-description information of the respective process modules.
  • a cleaning schedule is then determined by the process planning unit in a plant-specific manner.
  • the process planning unit first determines cleaning schedules for the respective process modules. These cleaning schedules for the process modules are then merged into the plant-specific cleaning schedule. This makes it easier to adapt the CIP process or the system-specific cleaning schedule to changes in the system configuration. In this way, cleaning schedules for plant components or plant components described by process modules can also be created very simply if necessary.
  • the plant-specific cleaning process plan created by the process planning unit is first passed through virtually, and that the plant-specific cleaning process plan is passed on to a process control unit for a run on the process plant after proven defect freedom.
  • it can be tested, for example during the virtual run of the cleaning schedule, whether all components of the process plant are covered by the cleaning and / or incorrect assumptions in self-description and / or cleaning process information, etc. were made when creating the CIP concept and / or there are errors in the configuration of the real plant in relation to the so-called CIP capability.
  • the errors can be detected early and corrected.
  • resources required for the specific cleaning schedule eg cleaning agent, dishwashing detergent, etc.
  • the plant-specific cleaning schedule When passing through the process plant, the plant-specific cleaning schedule can be tested directly at the plant. If the cleaning results are insufficient, then either the self-description information of the process modules or the cleaning process information stored in the process planning unit can be adjusted by appropriate corrections (eg correction of incorrect assumptions in the model descriptions of the cleaning efficiency, correction of material data, etc.) and thus the CIP concept resp The plant-specific cleaning schedule can be improved and optimized.
  • FIG. 1 shows schematically an exemplary construction of a system according to the invention for creating and carrying out a system cleaning process for a process plant and an exemplary sequence of the associated method.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary construction of a system S for creating and carrying out a plant cleaning process for a process plant.
  • the plant cleaning process is designed as a so-called cleaning-in-place or ClP process and the process plant is set up or designed for cleaning in accordance with the ClP process - ie the plant is ClP-capable.
  • the system S which represents a digital representation of the process plant in relation to the plant cleaning process, is designed, for example, as a so-called Cyber Physical Production System (CPPS).
  • CPPS Cyber Physical Production System
  • the system S according to the invention has a plurality of process modules PM1, PM2, PMn.
  • process modules PM1, PM2, PMn represent the process engineering plant, whereby the process modules contain plant components or components to be cleaned, such as eg boilers, tanks, containers, filters, heat exchangers, etc. including the associated pipelines, valves and interfaces (eg inlet and outlet) Procedures for cleaning and / or detergent) represent.
  • each process module PM1, PM2, PMn self-description information Sil, SI2, Sin is deposited, in which the properties and capabilities necessary for the respective process module PM1, PM2, PMn with respect to a cleaning, in particular self-cleaning, are described.
  • the process modules PM1, PM2, PMn are designed and set up to share and transmit the respective self-description information Sil, SI2, Sin.
  • the self-description information Sil, SI2, Sin of the respective process module PM1, PM2, PMn comprises at least:
  • a status information relating to a respective cleaning status eg clean, contaminated, dirty, etc.
  • a respective dirt load of the cleaning paths and interfaces defined for the respective process module PM1, PM2, PMn e.g., dirt load of the cleaning paths and interfaces defined for the respective process module PM1, PM2, PMn.
  • the self-description information Sil, SI2, Sin of a process module PM1, PM2, PMn can also manage and include information on properties of the defined cleaning paths. With this information, values for cleaning-specific parameters for the respective process module PM1, PM2, PMn and the associated cleaning paths can be determined based on model descriptions of the cleaning efficiency per cleaning step.
  • This additional information includes, for example:
  • a cleaning status (e.g., clean, contaminated,
  • auxiliary modules HM1, HMn from which auxiliary services for cleaning are provided.
  • auxiliary modules are, for example, devices for providing cleaning and / or rinsing agents (for example cleaning and / or rinsing agent containers, etc.), devices for receiving and / or conditioning used cleaning and / or rinsing agents.
  • auxiliary modules HM1, HMn such as pumps with associated control, etc., for example, provide auxiliary services such as a structure of a mechanical action necessary for the cleaning (eg pressure in steam sterilization, necessary flow of cleaning or rinsing agent, etc.) or a supply a sprayer with cleaning and / or detergent.
  • the auxiliary modules HM1, HMn are usually not part of the process plant in the strict sense, but with the system via interfaces (eg inflows and outlets, communication interfaces, etc.) connected for cleaning purposes.
  • the auxiliary modules HM1, HMn like the process modules PM1, PM2, PMn, may also include self-description information HI1, Hin describing the auxiliary services provided. Therefore, the auxiliary modules HM1, HMn are also configured and arranged to transmit and share information and data relating to the auxiliary services provided.
  • the information about the auxiliary services provided by the auxiliary modules HM1, HMn can be stored directly in the process planning device PPE so that it has information about the respective auxiliary services.
  • the system S comprises a process planning device PPE.
  • the process planning device PPE manages or has a cleaning process information RI.
  • the cleaning process information RI may for example be stored in a separate memory unit or in a memory unit integrated in the process planning unit PPE, wherein the memory unit may be stored, for example. can be configured as a database.
  • the cleaning process information RI which represents, for example, a description of the necessary system cleaning process per material / substance, comprises at least:
  • the respective model description of the required cleaning efficiency per cleaning step can be stored in the cleaning process information RI as a formulaic relationship of the cleaning-specific factors or parameters (temperature, exposure time and mechanical action) or in the form of a table, in conjunction with the respective self-description information Sil, SI2 , Sin of the respective process module PM1, PM2, PMn the corresponding parameter values (eg exposure time, flow rate per time, temperature, etc.) for the respective cleaning step to determine or calculate.
  • the cleaning process information RI as a formulaic relationship of the cleaning-specific factors or parameters (temperature, exposure time and mechanical action) or in the form of a table, in conjunction with the respective self-description information Sil, SI2 , Sin of the respective process module PM1, PM2, PMn the corresponding parameter values (eg exposure time, flow rate per time, temperature, etc.) for the respective cleaning step to determine or calculate.
  • Information on the substance constants of the at least one cleaning agent used or of the cleaning and rinsing agent used in each case is also stored in the cleaning process information item RI. This information and information can then be used by the PPE, for example, for a calculation of the Reynolds number, density and viscosity, which are required when creating a system-specific cleaning schedule RA.
  • the process planning unit PPE is set up and configured to create a cleaning schedule RA specifically for the installation.
  • the cleaning schedule RA can be optimized for minimized resource consumption.
  • the cleaning process information RI, the self-description information Sil, SI2, Sin of the process modules PM1, PM2, PMn and the information of the auxiliary modules HM1, HMn are used by the process planning unit as a basis.
  • the process planning unit PPE can create a cleaning schedule RA only once for the respective production process carried out on the installation, which is then used after each batch of production, for example.
  • the cleaning schedule RA can be created dynamically - ie after a production and / or depending on the degree of contamination.
  • the system S has a process control unit PSE, to which a determined, installation-specific cleaning process plan RA can be transferred after a corresponding check for freedom from errors.
  • the check for freedom from errors can be carried out, for example, by means of a virtual run on the system S. In this case, it is checked, for example, whether all cleaning paths and interfaces are detected by the cleaning schedule RA and cleaned accordingly. Possible errors can be corrected and a corrected cleaning schedule RA can be determined with the aid of the process planning unit PPE. With the help of the process control unit PSE, the cleaning process plan RA can then be tested on the real, process-technical plant or used for cleaning.
  • the process control unit PSE acts by means of commands on the process modules PM1, PM2, PMn and the auxiliary modules HM1, HMn.
  • the system S has a communication network.
  • the communication network can be designed, for example, as a bus system, wired or wireless communication system or as a combination of these communication systems and, for example, use the Internet for data and information transmission.
  • Flowchart RA as a cleaning-in-place process for a process plant with the inventive system S, the following process steps are performed:
  • a first process step 1 the process plant to be cleaned in the form of process modules PM1, PM2, PMn mapped.
  • each process module PM1, PM2, PMn is an associated self-description information Sil, SI2, Sin deposited, in which the cleaning properties of the respective process module PM1, PM2, PMn describe in relation to the CIP process.
  • the process modules PM1, PM2, PMn for example, based on a production planning for the process engineering plant or on the basis of the respective production, a degree of contamination is known, which have individual components and which cleaning paths must be addressed.
  • the cleaning process information RI is requested by each process module PM1, PM2, PMn in order to obtain from the process planning unit PPE a list of the necessary cleaning steps for the system cleaning process and the model descriptions of the cleaning efficiency per cleaning step.
  • the respective process module PM1, PM2, PMn per cleaning path e.g. the substance which led to the pollution.
  • the cleaning process information RI of the process planning unit PPE for example, a general description of the cleaning steps necessary for the cleaning process of the respective installation can be stored, in which e.g. all possible contaminants and / or contaminated materials are taken into account.
  • system-specific descriptions of the cleaning steps necessary for the system cleaning process can be created and managed in the cleaning process information.
  • the cleaning process information RI - ie the descriptions of the cleaning step necessary for the system cleaning process and the model descriptions of the cleaning efficiency per cleaning step in the second method step 2 is then based on the respective self-description information Sil, SI2, Sin complements. It will be from for example, the process modules PM1, PM2, PMn determine values for the cleaning-specific parameters such as time, flow rate per time, temperature, etc.
  • the flow rate per time for example, a minimum and a maximum value to be considered.
  • the minimum value is given by the flow rate per time, which is necessary to achieve a turbulent flow.
  • the maximum value is e.g. from that value which must be fallen below to prevent cavitation or is e.g. limited by the maximum capacity of the respective process module PM1, PM2, PMn.
  • the process planning unit PPE uses a cleaning in a third method step 3 on the basis of the cleaning process information RI supplemented with information and data from the process modules PM1, PM2, PMn and taking into account information of the auxiliary modules HM1, HMn with respect to the respectively provided auxiliary services Run RA for the process plant determined.
  • cleaning schedules can first be created for the respective process modules PM1, PM2, PMn, in which, for example, alternative cleaning paths within individual process modules PM1, PM2, PMn are taken into account. That is, there is in one Process module PM1, PM2, PMn alternative cleaning paths through which all parts of the process module PM1, PM2, PMn are cleaned or different optimization variants, so alternative cleaning schedules for these variants can be determined.
  • the process planning unit PPE then merges the process module-specific cleaning schedules into an installation-specific cleaning schedule RA, one of which has to be selected for alternative process module-specific cleaning schedules.
  • the cleaning or rinsing agent may for example be subjected to an impurity factor in accordance with an expected contamination at the cleaning path.
  • the cleaning path can be interrupted, for example at this point an outflow or a return for the cleaning or rinsing agent and an inflow for fresh cleaning - Be provided or detergent.
  • a monitoring of the dirt load of the cleaning or rinsing agent As well as the insertion of appropriate steps (draining / returning the cleaning and / or rinsing agent, supplying fresh cleaning and / or rinsing agent) in the cleaning schedule RA can for example be taken over by the process planning unit PPE.
  • the system-specific cleaning process plan RA determined by the process planning unit PPE can first be run through virtually in the third method step 3, for example, errors in mapping the system to the process modules PM1, PM2, PMn, erroneous assumptions for self-description information Sil , SI2, Sin, cleaning information RI, etc. and to check whether all cleaning paths and interfaces are detected by the system cleaning process. If no errors are detected during the virtual run, then in a fourth method step 4, the cleaning schedule RA can be transferred to the process control unit PSE and tested on the real, process plant. If e.g. If insufficient cleaning results are found, for example, assumptions can be based on the self-description information Sil, SI2, Sin of the process modules PM1, PM2, PMn, cleaning information RI, etc. By means of appropriate correction, a corrected or optimized cleaning schedule RA for the installation can then be created with the aid of the system S according to the invention.

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Abstract

System (S) zum Erstellen und Durchführen eines Cleaning-in-Place Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnischen Anlage sowie ein zugehöriges Verfahren. Die zu reinigende Anlage wird in Form von Prozessmodulen (PM1,..., PMn) abgebildet, welche jeweils eine Selbstbeschreibungs-Information (SI1,..., SIn) in Bezug auf die jeweiligen Reinigungseigenschaften umfassen und zum Übertragen der jeweiligen Selbstbeschreibungs-Information (SI1,.., SIn) ausgebildet sind. Das System (S) weist zumindest ein Hilfsmodul (HM1,..., HMn) auf, welches Hilfsdienste für den Anlagenreinigungsprozess zur Verfügung stellt, sowie eine Prozessplanungseinheit (PPE), welche über eine Reinigungsprozessinformation (RI) verfügt, welche zumindest für den Anlagenreinigungsprozess notwendige Reinigungsschritt und Modellbeschreibungen einer Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt umfasst. Von der Prozessplanungseinheit (PPE) wird auf Basis der Reinigungsprozessinformation ergänzt durch Selbstbeschreibungs-Informationen (SI1,..., SIn) der Prozessmodule (PM1,..., PMn) und unter Berücksichtigung der Information (HI1,..., HIn) des zumindest einen Hilfsmoduls (HM1,..., HMn) anlagenspezifisch zumindest teilweise automatisiert ein Reinigungs-Ablaufplan (RA) ermittelt.

Description

Besehreibung
System und Verfahren zum Erstellen und Durchführen eines An- lagenreinigungsprozesses für verfahrenstechnische Anlagen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Erstellen und Durchführen eines Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnischen Anlage, wobei der Anlagenreinigungspro- zess als so genannter Cleaning-in-Place- oder CIP-Prozess ausgestaltet ist, und wobei die verfahrenstechnische Anlage die Reinigung mittels eines den Cleaning-in-Place- oder CIP- Prozesses eingerichtet bzw. ClP-fähig ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein zugehöriges Verfahren, welches mit dem erfindungsgemäßen System durchgeführt wird.
Stand der Technik
In der Prozessindustrie (z.B. pharmazeutischen und/oder chemischen Industrie, Biotechnologie, Lebensmittelindustrie, etc.) haben sich heutzutage zum Reinigen von verfahrenstechnischen Anlagen so genannte Cleaning-in-Place-Verfahren oder -Prozesse etabliert. Diese werden auch als ortsgebundene Reinigung bezeichnet. Neben dem Begriff Cleaning-in-Place (CIP) wird für ortsgebundene Reinigungsverfahren in verfahrenstechnischen Anlagen, insbesondere in pharmazeutischen Produktionsanlagen und biotechnologischen Anlagen, auch der Begriff der Sterilization-in-Place (SIP) benutzt. Cleaning-in-Place (CIP) wird dabei oft als Überbegriff verwendet, in welchem auch die Aspekte von SIP abgedeckt sind.
Bei einem CIP-Verfahren wird definitionsgemäß eine Anlage oh- ne wesentliche Demontage auf jenen Flächen gereinigt, welche mit Produkten (z.B. Lebensmittel, pharmazeutisches, biotechnologisches oder chemisches Produkt, etc.) oder für die Produktion relevanten Medien (z.B. Substrat, Nährlösung, Zutaten, etc.) in Berührung kommen. D.h. bei einem CIP-Prozess werden insbesondere die Innenflächen aller relevanten Anlagenteile (z.B. Behälter, Rohre, Filter, Tanks, Kessel, Ventile, etc.) gereinigt. Umfasst das CIP- erfahren auch SIP- Aspekte, dann werden alle produktberührten Flächen der Anlage ohne wesentliche Demontage nicht nur gereinigt, sondern auch entkeimt. In der Folge wird der Begriff Cleaning-in-Place bzw. CIP als Überbegriff genutzt, welcher auch Sterilization- in-Place- bzw. SIP-Aspekte umfasst, da aus Prozessablaufsieht beide Prozesse eng miteinander verwandt sind und gleichen Aufbau bzw. Ablauf besitzen.
Ein Erfolg eines Anlagenreinigungsprozesses wird hauptsächlich durch eine genaue Vorgabe von vier Parametern bzw. Faktoren bestimmt: Temperatur, mechanischer Einwirkung (d.h. in welcher Stärke und Weise wird mechanische Energie eingesetzt; Lösung von Schmutz; Kontaktherstellung zum Reinigungsmittel), Einwirkzeit und Chemie (d.h. welches Reinigungs- oder Lösungsmittel wird in welcher Konzentration eingesetzt) . Bei einer Dampfsterilisierung übernimmt beispielsweise der Druck die Funktion der mechanischen Einwirkung. Die vier Faktoren - Temperatur, mechanische Einwirkung, Einwirkzeit und Reinigungsmittel/Chemie - können z.B. unabhängig voneinander eingestellt werden. Jeder der Faktoren kann die anderen in einem gewissen Maß kompensieren. Um einen gewissen Reinigungserfolg zu erzielen, müssen die vier Faktoren in einem exakten Verhältnis zueinander stehen. Dieser Zusammenhang wird auch als Sinnerscher Kreis bezeichnet.
Der Sinnersche Kreis ist ein Wirkmechanismus, mit welchem Reinigungsabläufe und -prozesse z.B. in der gewerblichen Reinigung, Gebäudereinigung, Desinfektion, bei Geschirrspül- und/oder Waschmaschinen, etc. organisiert und durchgeführt werden. So kann beispielsweise eine sanfte Reinigung durch eine milde Chemie, niedrige Temperatur und lange Einwirkzeit erzielt werden. Bei einer raschen Reinigung wird z.B. eine aggressive Chemie bei hoher Temperatur mit einer relativ kurzen Einwirkzeit eingesetzt. In beiden Fällen kann beispielsweise der gleiche Reinigungserfolg erzielt werden. Im Allgemeinen erfolgt die Reinigung einer verfahrenstechnischen Anlage bei einem Cleaning-in-Place- bzw. CIP-Prozess einerseits durch Zirkulation von Reinigungslösungen durch Anlagenteile wie z.B. Rohre, Pumpen, Ventile, Behälter, etc. Andererseits werden auch Sprühgeräte (z.B. Sprühdüsen, Zielstrahlreiniger) eingesetzt, von welchen das Reinigungsmittel über die Oberflächenbereiche oder Innenwandungen eines Geräts oder Anlagenteils (z.B. Kessel, Tank, Behälter, etc.) verteilt wird. Außerdem kann ein Reinigungsvorgang neben dem Zirkulieren und/oder Aufbringen des Reinigungsmittels in der gesamten Anlage auch Schritte wie z.B. das Vorbereiten des Reinigungsmittels auf eine vorgegebene Konzentration, ein Aufheizen des Reinigungsmittels und/oder schließlich ein Trocknen der gereinigten Anlagenteile auf einen gewünschten Trocknungsgrad umfassen.
Bei einem Cleaning-in-Place- oder CIP-Prozess erfolgt die Reinigung üblicherweise in mehreren Schritten. Ein CIP- Prozess kann dabei beispielsweise folgende Schritte umfassen:
- Vorspülen, um grobe Verschmutzungen zu entfernen
- Reinigungsphase mit einem alkalischen Reinigungsmittel
- Ausspülen des alkalischen Reinigungsmittels z.B. mittels Wasser-Klarspülgang
- Absäuren oder Säurespülung
- Ausspülen der Säure z.B. mittels Wasser-Klarspülgangs
- Hochwertiger Wasser-Klarspülgang mit anschließender Entleerung
- Trocknung durch Hitze oder Spülung mit Stickstoff
Weiterhin kann nach dem Ausspülen der Säure auch ein Desinfektionsschritt zum Abtöten von Keimen mit zugehörigem Ausspülen des Desinfektionsmittels - z.B. bei einem CIP-Prozess in der Lebensmittelindustrie - vorgesehen sein.
Beim Erstellen eines CIP-Konzeptes bzw. CIP-Prozesses für eine verfahrenstechnische Anlage sind neben den oben ausgeführten Schritten für den Reinigungsvorgang auch noch anlagentechnische Aspekte zu berücksichtigen. Es muss beispielsweise sichergestellt sein, dass alle Anlagenteile vom Reinigungs- mittel durchflössen werden und keine Hohlräume und/oder Totarme ausgespart bleiben. Weiterhin ist es z.B. wichtig, dass in Rohrleitungen der Anlage eine turbulente Strömung herrscht, um eine gute Reinigung zu erzielen. Dazu ist beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsmittels notwendig, welche hoch genug für die Reinigung ist, welche aber in keinem Teil der Rohrleitungen so hoch sein darf, dass es z.B. zu so genannten Kavitationen kommt, welche zu Schäden im Rohrleitungssystem führen. Um dies sicherzustellen, sind für CIP-Konzepte meist komplizierte Strömungsberechnungen - oft speziell auf die jeweilige Anlage abgestimmt - nötig.
Weiterhin ist in einer so genannten „Good Manufacturing Prac- tice"- oder GMP-regulierten Umgebung eine Validierung des CIP-Prozesses notwendig. Unter GMP werden dabei Richtlinien zur Qualitätssicherung von Produktionsabläufen und -Umgebung in der Prozessindustrie, vor allem bei der pharmazeutischen Herstellung, aber auch bei der Herstellung von Kosmetik, Lebens- und Futtermitteln verstanden.
Für die Implementierung von CIP-Prozessen in verfahrenstechnischen Anlagen sind heutzutage verschiedene Ansätze bekannt. So gibt es beispielsweise explizite CIP-Anlagen oder - Systeme, welche an die zu reinigende verfahrenstechnische Anlage angeschlossen werden bzw. an den zu reinigenden Anlagen installiert sind. Diese CIP-Anlagen umfassen beispielsweise Tanks bzw. Behälter für die zur Reinigung nötigen Flüssigkeiten, Pumpen sowie zumindest eine Steuereinheit für die Durchführung des Anlagenreinigungsprozesses. Derartige CIP-System sind z.B. aus den Schriften DE 10 2015 209 355 AI oder WO 2015/192254 AI bekannt. Explizite CIP-Anlagen werden vor allem für kleinere Anlagen z.B. in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und stellen alle für die Reinigung benötigten Prozessschritte zur Verfügung. Allerdings kann bei einem Einsatz eines expliziten oder externen ClP-Systems ohne aufwendiges Engineering und/oder ohne aufwendige Evaluierung keine Aussage darüber gemacht werden, ob der Anlagenreinigungsprozess zielführend ist bzw. die jeweilige verfahrenstechnische Anlage ClP-fähig ist oder ob z.B. Anlagenteile durch den CIP- Prozess nicht gereinigt werden können. ClP-fähig bedeutet, dass die jeweilige verfahrenstechnische Anlage z.B. aufgrund ihres geometrischen Aufbaus und der verwendeten Materialen für eine Reinigung mittels CIP-Prozess geeignet ist.
Die Implementierung von CIP-Prozessen bei verfahrenstechnischen Anlagen kann beispielsweise anlagenseitig durch einen Einsatz von ClP-fähigen Komponenten (z.B. Ventilen, etc.) erleichtert werden. Derartige ClP-fähige Komponenten können z.B. aufgrund ihres geometrischen Aufbaus und des verwendeten Materials leicht gereinigt werden. Weiterhin können sie z.B. eigene Steuerleitungen aufweisen, welche eine Einbindung bzw. Ansteuerung durch das ClP-System während der Reinigung ermöglichen. Doch auch hier muss ein oft aufwendiges Engineering des CIP-Prozesses durchgeführt werden, um ein gewünschtes Reinigungsergebnis der Anlage zu erzielen und um die CIP- fähigen Komponenten entsprechend zu berücksichtigen.
Bei komplexen, verfahrenstechnischen Anlagen, wie sie z.B. in der Pharmaindustrie zum Aufreinigen eines Produkts eingesetzt werden (z.B. Filteranlagen, Chromatographie-Systeme, etc.), sind z.B. häufig CIP-Funktionalitäten integriert. D.h. derartige Anlagen bzw. Anlageteile können sich selbst reinigen und sind daher nur mehr mit den entsprechenden Reinigungsmitteln zu versorgen. Für komplexe, verfahrenstechnische Anlagen muss daher der CIP-Prozess häufig mittels aufwendigen, meist anlagespezifischen Engineering erstellen werden - genauso wie der eigentliche Produktionsprozess .
Nicht selten sind bei einfachen wie komplexen, verfahrenstechnischen Anlagen Vorvalidierungsstudien zum Testen der Reinigung einzelner Anlagenteile notwendig. Der Reinigungsbzw. CIP-Prozess sowie dazu erforderliche Hard- und Software muss meist anlagen- und kundenspezifisch mittels aufwendigen Engineering angepasst werden, auch wenn eine Anlage z.B. umgebaut oder für die Produktion eines anderen Produktes abge- ändert wird. Ein Aufwand für die Erstellung und Implementierung eines CIP-Prozesses kann gegebenenfalls z.B. in derselben Größenordnung liegen wie der Aufwand für die Erstellung des eigentlichen Produktionsprozesses.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System sowie ein zugehöriges Verfahren zum Erstellen und Durchführen eines CIP-Reinigungsprozesses für verfahrenstechnische Anlagen anzugeben, durch welche ein Anlagenreinigungsprozess mit ausreichender Reinigungsqualität für die jeweilige verfahrenstechnische Anlage bzw. für Änderungen in der Anlagenkonfiguration anlagenspezifisch und zumindest teilweise automa- tisiert auf einfache Weise sowie mit geringem Aufwand erstellbar und durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein System sowie ein zugehöriges Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Sys- tem der eingangs erwähnten Art, bei welchem eine zu reinigende, verfahrenstechnische Anlage auf eine Mehrzahl von Prozessmodulen digital abgebildet wird. In jedem der Prozessmodule ist eine Selbstbeschreibungs-Information in Bezug auf die jeweiligen Reinigungseigenschaften des jeweiligen Pro- zessmoduls hinterlegt wie z.B. autonome Reinigungsabläufe, Reinigungspfade und Schnittstellen für Zu- und Ablauf von Reinigungs- und/oder Spülmittel. Weiterhin ist jedes Prozessmodul zum Übertragen oder Teilen der jeweiligen Selbstbeschreibungs-Information ausgebildet und eingerichtet. Das er- findungsgemäße System weist auch zumindest ein Hilfsmodul auf, welches Hilfsdienste für den Anlagenreinigungsprozess wie z.B. Bereitstellung der Reinigungs- und/oder Spülmittel, Aufnahme und/oder Aufbereitung von verwendeten Reinigungs- und/oder Spülmittel, Ansteuerung von Pumpen für Reinigungsund Spülmittel, etc. zur Verfügung stellt. Auch das zumindest eine Hilfsmodul ist zum Übertragen oder Teilen einer Information über die jeweiligen Hilfsdienste ausgebildet und eingerichtet. Weiterhin ist eine Prozessplanungseinheit vorgesehen, welche über eine Anlagenreinigungsprozessinformation verfügt. Dabei umfasst die Reinigungsprozessinformation zumindest die für den Anlagenreinigungsprozess notwendige Reinigungsschritte sowie Modellbeschreibungen einer Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt. Die Prozessplanungseinheit ist außerdem dazu ausgebildet und eingerichtet, auf Basis der Reinigungsprozessinformation, der Selbstbeschreibungs- Informationen der Prozessmodule und der Information des zumindest einen Hilfsmoduls anlagespezifisch einen Reinigungs- Ablaufplan zu ermitteln.
Der Hauptaspekt der gegenständlichen Erfindung besteht darin, dass zum Reinigungsprozess für die Anlage bzw. zum Cleaning- in-Place-Prozess ein virtueller bzw. digitaler Zwilling der verfahrenstechnischen Anlage erstellt wird, mit welchen automatisiert bzw. zumindest teilweise automatisiert ein CIP- Reinigungs-Ablaufplan spezifisch für die jeweilige Anlage und gegebenenfalls nur für Anlagenteile erstellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen System kann ein Gesamtaufwand für die Erstellung eines CIP-Konzepts für eine verfahrenstechnische Anlage erheblich reduziert werden. Insbesondere auch bei Änderungen des mit der Anlage produzierten Produkts und/oder bei Änderungen der Anlagenkonfiguration kann das CIP-Konzept bzw. der spezifische Reinigungs-Ablaufplan rasch und zumindest teilweise automatisiert an die neuen Reinigungsbedingungen (z.B. neue Prozessmodule, neue oder geänderte Reinigungspfade, etc.) angepasst werden.
Der mit dem erfindungsgemäßen System erstellte, anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems virtuell durchlaufen werden. Dadurch kann beispielsweise getestet werden, ob alle Komponenten der verfahrenstechnischen Anlage von der Reinigung erfasst sind. Es können auf diese Weise z.B. Fehler bei der Erstellung des CIP-Konzeptes (z.B. fehlerhafte Annahmen bei Selbstbeschrei- bungs- und/oder Reinigungsprozessinformation, etc.) und/oder Fehler in der Konfiguration der realen Anlage im Bezug auf die so genannte CIP-Fähigkeit frühzeitig erkannt und korrigiert werden. Weiterhin können für den jeweiligen spezifischen Reinigungs-Ablaufplan benötigte Ressourcen (z.B. Reinigungsmittel, Spülmittel, etc.) berechnet werden oder festgestellt werden, ob vorhandene Ressourcen ausreichend sind. Zusätzlich kann der jeweilige Reinigungs-Ablaufplan z.B. auf einen minimalen Ressourcenverbrauch optimiert werden.
Der ermittelte Reinigungs-Ablaufplan kann dann - nach entsprechender Überprüfung auf Fehlerfreiheit - direkt und ohne großen Engineering-Aufwand auf die jeweilige reale Anlage übertragen und dort ein entsprechendes Cleaning-in-Place nach dem ermittelten anlagespezifischen Reinigungs-Ablaufplan durchgeführt werden. Dazu ist idealerweise eine Prozesssteuereinheit vorgesehen, an welche ein ermittelter, anlagespezifischer Reinigungs-Ablaufplan für eine Testung und Ausführung in der realen, verfahrenstechnische Anlage übergebbar ist.
Bei unzureichenden Ergebnissen der Reinigung können dann entweder die Selbstbeschreibungs-Informationen der Prozessmodule oder die in der Prozessplanungseinheit hinterlegten Reinigungsprozessinformation durch entsprechende Korrekturen (z.B. Korrektur fehlerhafter Annahmen bei den Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz, Korrektur von Materialdaten, etc.) angepasst werden. Nach der Anpassung kann mit dem erfindungsgemäßen System ein neuer Reinigungs-Ablaufplan ermittelt werden, wodurch der CIP-Prozess verbessert und optimiert wird.
Durch die Selbstbeschreibungs-Informationen der Prozessmodule und die in der Prozessplanungseinheit hinterlegte Reinigungsprozessinformation ist der jeweilige anlagenspezifische CIP- Prozess bzw. Reinigungs-Ablaufplan gut dokumentiert. Dadurch können bei z.B. unzureichenden Reinigungsergebnissen Ursachen rasch ausgemacht und durch entsprechende Korrekturen behoben werden. Weiterhin kann die Dokumentation auch als Basis für Validierungsverfahren z.B. für einen Betrieb der Anlage in einer „Good Manufacturing Practice"-Umgebung herangezogen werden. Weiterhin können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems CIP-Prozesse bzw. Reinigungs-Ablaufpläne während der Erstellung nach verschiedenen Gesichtspunkten (z.B. Ressourcenaufwand, Zeitaufwand, etc.) sehr einfach optimiert werden, da durch die Selbstbeschreibungs-Information der jeweiligen Prozessmodule alle anlagenspezifischen Informationen vorliegen.
Prozessmodule, auf welche die jeweilige verfahrenstechnische Anlage digital abgebildet ist, können verschiedenste, zu reinigende Komponenten oder Einrichtungen der verfahrenstechnischen Anlage, beschreiben. Von Prozessmodulen können beispielsweise Anlagenkomponenten wie Kessel, Tanks, Behälter, Filter, etc. dargestellt werden, wobei auch zugehörige Rohrleitungen, Ventile, Schnittstellen zu anderen Anlagenkomponenten, etc. mitberücksichtigt sind. Die mittels Prozessmodule beschriebenen Anlagekomponenten müssen so aufgebaut sein, dass sie mittels CIP-Prozess reinigbar bzw. ClP-fähig sind. D.h. die Anlagekomponenten sollten so aufgebaut sein, dass alle zu reinigenden Flächen über entsprechende Anschlüsse mittels Reinigungs- und/oder Spülmittel erreichbar und reinigbar sind, und dass Materialen verwendet werden, welche mittels CIP-Prozess reinigbar sind. Insbesondere sollten die Anlagenkomponenten keine Totarme und/oder Hohlräume aufweisen, welche nicht durchspült werden können. Weiterhin sollte jede als Prozessmodul beschriebene Anlagenkomponente über entsprechende Anschlüsse (Schnittstellen) für Zu- und Abläufe von Reinigungs- und Spülmittel verfügen. Außerdem ist es wichtig, dass die jeweiligen Anlagenkomponenten bzw. die gesamte verfahrenstechnische Anlage so aufgebaut ist, dass in den jeweiligen Anlagenkomponenten für eine Reinigung mittels Durchspülen eine entsprechende turbulente Strömung erreicht werden kann bzw. Anlagekomponenten, welche nicht für eine Reinigung mittels Durchspülen geeignet sind (z.B. Kessel, Tanks, etc.) geeignete Vorrichtungen zur Reinigung (z.B.
Sprühgeräte, etc.) aufweisen. Die entsprechenden Informatio- nen sind dann in der Selbstbeschreibungs-Information für jedes Prozessmodul hinterlegt.
Daher sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Selbstbeschreibungs-Information des jeweiligen zu reinigenden Prozessmodul zumindest eine Beschreibung autonomer Reinigungsabläufe wie z.B. einen Einsatz von Sprühgeräten, etc., eine Beschreibung von für die Reinigung genutzter Schnittstellen (z.B. Zu- und Abläufe von Reinigungs- und/oder Spülmittel, insbesondere für eine Selbstreinigung z.B. mittels Sprühgerät) und eine Definition von Reinigungspfaden um- fasst, von welcher alle möglichen Pfade innerhalb des Prozessmoduls und alle Schnittstellen (für Zu- und Ablauf von Reinigungs- und/oder Spülmittel) berücksichtigt werden. Weiterhin sollte die Selbstbeschreibungs-Information idealerweise auch eine Zustandsinformation im Bezug auf den jeweiligen Reinigungsstatus und eine jeweilige Schmutzbeladung der jeweiligen Reinigungspfade und Schnittstellen des entsprechenden Prozessmoduls umfassen.
Weiterhin verfügen auch die Reinigungspfade über Eigenschaften, welche vorteilhafter Weise in der Selbstbeschreibungs- Information des jeweiligen Prozessmoduls hinterlegt und verwaltet sind. Die Selbstbeschreibungs-Information des jeweili gen Prozessmoduls umfasst daher idealerweise zusätzlich Informationen für die jeweils zugehörigen Reinigungspfade.
Durch diese Informationen sind Werte für reinigungsspezifische Parameter für das jeweilige Prozessmodul und die zugehö rigen Reinigungspfade anhand der Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt ermittelbar. Die In formationen für die jeweiligen Reinigungspfade können beispielsweise einen Reinigungsstatus (z.B. sauber, verunreinigt, etc.) und/oder Eigenschaften des jeweiligen Reinigungs pfads umfassen, welche zur Berechnung einer für die Reinigun mindestens notwendigen Durchflussmenge oder Strömung sowie zur Berechnung einer maximal zulässigen Durchflussmenge oder Strömung herangezogen werden können. Weiterhin können auch Materialeigenschaften wie z.B. Oberflächenrauigkeit oder an- dere spezifische Faktoren hinterlegt sein, welche Einfluss auf die Reinigungszeit haben.
In der Prozessplanungseinheit sind Reinigungsprozessinformationen, insbesondere eine Beschreibung des nötigen Anlagenreinigungsprozesses je Material und/oder in der Anlage oder dem jeweiligen Prozessmodul verarbeiteten Stoff, verwaltet. Die Reinigungsprozessinformation umfasst dabei einerseits eine Beschreibung der für den Anlagenreinigungsprozess üblicherweise notwendigen Reinigungsschritte wie z.B. alkalische Spülung, Klarspülen, saure Spülung, Klarspülen, DampfSterilisation, etc. Die Reinigungsschritte sind dabei von der jeweiligen Anlage bzw. deren Einsatzbereich (z.B. Lebensmittelindustrie, Biotechnologie, Chemie, pharmazeutische Produktion, etc.) abhängig. Andererseits umfasst die Reinigungsprozessinformation auch die Modellbeschreibung der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt - üblicherweise im Sinne des sinnerschen Kreises, durch welchen ein Zusammenhang von vier Faktoren oder Parametern für den Reinigungserfolg - Temperatur, mechanische Einwirkung, Einwirkzeit und Reinigungsmittel/Chemie - beschrieben wird.
Daher ist es von Vorteil, wenn die in der Reinigungsprozessinformation enthaltenen Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt als formelhafter Zusammenhang der reinigungsspezifischen Parameter, wie Temperatur, Einwirkzeit und mechanischer Einwirkung, oder in Form einer Tabelle hinterlegt sind. Aus diesen Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz können dann sehr einfach für jedes Prozessmodul je Reinigungsschritt auf Basis von Informationen aus der Selbstbeschreibungs-Information des jeweiligen Prozessmoduls (z.B. interne Strömungsverhältnisse, Oberflächenbeschaffenheit, maximal erreichbare Durchflussmenge, Temperaturleistung, etc.) die entsprechenden Parameterwerte (z.B. Einwirkzeit, Durchflussmenge pro Zeit, Temperatur, etc.) ermittelt bzw. berechnet werden. Weiterhin ist es günstig, wenn in der Reinigungsprozessinformation Informationen zu Stoffkonstanten des zumindest einen eingesetzten Reinigungsmittels enthalten sind. Diese können für eine Berechnung der so genannten Reynolds-Zahl wie der Dichte und/oder Viskosität herangezogen werden. Die Stoffkonstanten des Reinigungsmittels bzw. die daraus ermittelbare Reynolds-Zahl kann ebenfalls für die Berechnung eines minimalen bzw. maximalen Wertes einer Durchflussmenge pro Zeiteinheit auf dem jeweiligen Reinigungspfad genutzt werden. Durch den minimalen Wert wird dabei das Erreichen einer für den An- lagenreinigungsprozess notwendigen turbulenten Strömung auf dem jeweiligen Reinigungspfad angegeben. Der maximale Wert ergibt sich aus jenem Wert, welcher zum Verhindern einer Kavitation unterschritten werden muss.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Prozessplanungseinheit dazu ausgebildet, den anlagespezifischen Reinigungs-Ablaufplan für den jeweils auf der Anlage durchgeführten Produktionsprozess zu erstellen. Dabei wird anlagenspezifisch ein Reinigungs-Ablaufplan speziell für eine Produktion eines speziellen Produkts erstellt, welcher dann nach jeder Produktion (z.B. Batch, etc.) für die Reinigung der Anlage durchlaufen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich, kann die Prozessplanungseinheit auch dazu ausgebildet sein, den anlagespezifischen Reinigungs-Ablaufplan dynamisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Produktion und/oder dem jeweiligen Verschmutzungsgrad zu erstellen. Dabei wird der anlagespezifische Reinigungs- Ablaufplan bedarfsorientiert z.B. nach der Produktion eines Produkts erstellt werden, wobei sich die Erstellung z.B. am Verschmutzungsgrad der Prozessmodule orientiert. Bei der dynamischen Erstellung kann idealerweise auch bedarfsorientiert ein Reinigungs-Ablaufplan für einzelne Anlagenteile bzw. Prozessmodule erstellt werden. Dadurch können z.B. Anlagenteile bereits vor Ablauf der Produktion in anderen Anlagenteilen für eine neue Produktion bereit gemacht bzw. gereinigt und damit Stehzeiten reduziert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Kommunikationsnetz für einen Daten- und Informationsaustausch zwischen Prozessmodulen, dem zumindest einen Hilfsmodul und der Prozessplanungs- einheit vorgesehen ist. Für den Daten- und Informationsaustausch können je nach Anlagenkonfiguration als Kommunikationsnetz ein Bussystem, das Internet, drahtgebundenen und/oder drahtlose Kommunikationsnetze (z.B. Wireless LAN, etc.) vorgesehen sein.
Idealerweise ist das erfindungsgemäße System als so genanntes Cyber Physical Production System oder CPPS ausgestaltet. Bei einem Cyber Physical Production System - wie z.B. in den Schriften WO 2016/074728 AI oder WO 2016/074730 AI beschrieben - handelt es sich um ein System, welches aus Produktionsmodulen besteht, welche untereinander sowie mit Einrichtungen der Produktionsplanung und der Produktionssteuerung kommunizieren und dabei Ablaufplanung und -Steuerung von Herstel- lungs- oder Produktionsprozesses von Produkten ermöglichen. Für eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems nach den Vorgaben des so genannten Cyber Physical Production Systems wird der Reinigungs- bzw. CIP-Prozess wie ein Produktionspro- zess betrachtet, dessen Ziel nicht ein fertiges Produkt, sondern eine gereinigte Anlage ist.
Weiterhin erfolgt die Lösung der genannten Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Erstellen und Durchführen eines Reinigungsprozesses, welche als CIP-Prozess ausgeführt wird, für eine verfahrenstechnische, ClP-fähige Anlage mit dem erfindungsgemäßen System. Dabei wird die zu reinigende, verfahrenstechnische Anlage in Form von Prozessmodulen abgebildet, wobei von jedem Prozessmodul eine Selbstbeschreibungs-Information im Bezug auf jeweilige Reinigungseigenschaften des jeweiligen Prozessmoduls umfasst wird. Für die Erstellung des Anlagenreinigungsprozesses wird von jedem Prozessmodul von einer Prozessplanungseinheit eine Reinigungsprozessinformation abgefragt, wobei in der Reinigungsprozessinformation zumindest für den Reinigungsprozess der Anlage notwendige Reinigungs- schritte und Modellbeschreibungen einer Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt hinterlegt sind. Die Reinigungsprozessinformation wird durch Informationen auf Basis der Selbstbe- schreibungs-Information der jeweiligen Prozessmodule ergänzt. Von der Prozessplanungseinheit wird dann auf Basis der mit den Selbstbeschreibungs-Informationen ergänzten Reinigungsprozessinformation und einer Information über von zumindest einem Hilfsmodul zur Verfügung gestellte Hilfsdienste anlagenspezifisch ein Reinigungs-Ablaufplan ermittelt.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn von der Prozessplanungseinheit zuerst für die jeweiligen Prozessmodule Reinigungs- Ablaufpläne ermittelt werden. Diese Reinigungs-Ablaufpläne für die Prozessmodule werden dann zum anlagenspezifischen Reinigungs-Ablaufplan zusammengeführt. Dadurch kann der CIP- Prozess bzw. der anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan leichter an Änderungen der Anlagenkonfiguration angepasst werden. Auf diese Weise können auch sehr einfach im Bedarfsfall Reinigungs-Ablaufpläne für durch Prozessmodule beschriebene Anlagenkomponenten oder Anlagenteile erstellt werden.
Es ist weiterhin günstig, wenn der von der Prozessplanungseinheit erstellte anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan zuerst virtuell durchlaufen wird, und dass der anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan nach festgestellter Fehlerfreiheit an eine Prozesssteuereinheit für einen Durchlauf an der verfahrenstechnischen Anlage übergeben wird. Auf diese Weise kann z.B. beim virtuellen Durchlauf des Reinigungs- Ablaufplans getestet werden, ob alle Komponenten der verfahrenstechnischen Anlage von der Reinigung erfasst sind und/oder beim Erstellen des CIP-Konzeptes fehlerhafte Annahmen bei Selbstbeschreibungs- und/oder Reinigungsprozessinformation, etc. getroffen wurden und/oder Fehler in der Konfiguration der realen Anlage im Bezug auf die so genannte CIP- Fähigkeit vorliegen. Die Fehler können dadurch frühzeitig erkannt und korrigiert werden. Weiterhin können für den jeweiligen spezifischen Reinigungs-Ablaufplan benötigte Ressourcen (z.B. Reinigungsmittel, Spülmittel, etc.) berechnet werden oder festgestellt werden, ob vorhandene Ressourcen ausreichend sind.
Beim Durchlauf an der verfahrenstechnischen Anlage kann der anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan direkt an der Anlage getestet werden. Bei unzureichenden Ergebnissen der Reinigung können dann entweder die Selbstbeschreibungs-Informationen der Prozessmodule oder die in der Prozessplanungseinheit hinterlegten Reinigungsprozessinformation durch entsprechende Korrekturen (z.B. Korrektur fehlerhafter Annahmen bei den Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz, Korrektur von Materialdaten, etc.) angepasst und damit das CIP-Konzept bzw. der anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan verbessert und optimiert werden .
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur 1 erläutert. Figur 1 zeigt dabei sche- matisch einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zum Erstellen und Durchführen eines Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnische Anlage sowie einen beispielhaften Ablauf des zugehörigen Verfahrens. Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau eines Systems S zum Erstellen und Durchführen eines Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnische Anlage. Der An- lagenreinigungsprozess ist dabei als so genannter Cleaning- in-Place- oder ClP-Prozess ausgestaltet und die verfahrenstechnische Anlage für eine Reinigung gemäß ClP-Prozess eingerichtet bzw. ausgebildet - d.h. die Anlage ist ClP-fähig. Das System S, welches eine digitale Abbildung der verfahrenstech- nischen Anlage im Bezug auf den Anlagenreinigungsprozess darstellt, ist beispielsweise als so genanntes Cyber Physikal Production System (CPPS) ausgestaltet. Das erfindungsgemäße System S weist dabei eine Mehrzahl an Prozessmodulen PM1 , PM2 , PMn auf. Auf diese Prozessmodule PM1, PM2, PMn ist die verfahrenstechnische Anlage abgebildet, wobei die Prozessmodule zu reinigende Anlagenteil oder - komponenten wie z.B. Kessel, Tanks, Behälter, Filter, Wärmetauscher, etc. inklusiver der zugehörigen Rohrleitungen, Ventile und Schnittstellen (z.B. Zu- und Abläufe für Reinigungsund/oder Spülmittel) repräsentieren. In jedem Prozessmodul PM1, PM2, PMn ist eine Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin hinterlegt, in welcher die für das jeweilige Prozessmodul PM1, PM2, PMn notwendigen Eigenschaften und Fähigkeiten im Bezug auf eine Reinigung, insbesondere Selbstreinigung, beschrieben sind. Weiterhin sind die Prozessmodule PM1, PM2, PMn dazu zum Teilen und Übertragen der jeweili- gen Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin ausgebildet und eingerichtet.
Die Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin des jeweiligen Prozessmoduls PM1, PM2, PMn umfasst dabei zumin- dest:
- eine Beschreibung von autonomen Reinigungsabläufen wie z.B. eine Reinigung durch ein Sprühgerät bei einem Kessel, Tank oder gegebenenfalls größeren Behälter;
- eine Beschreibung der durch das jeweilige Prozessmodul PM1, PM2, PMn für die Reinigung genutzten Schnittstellen - wie z.B. Zu- und Abläufe für Reinigungs- und Spülmittel und/oder beim Einsatz gesonderter Reinigungseinrichtungen (z.B. Sprühgerät) zusätzliche Zu- und Abläufe;
- eine Definition von Reinigungspfaden, wobei alle möglichen Pfade innerhalb des jeweiligen Prozessmoduls PM1, PM2, PMn sowie alle Schnittstellen zu berücksichtigen sind; sowie
- eine Zustandsinformation im Bezug auf einen jeweiligen Reinigungsstatus (z.B. sauber, verunreinigt, verschmutzt, etc.) und eine jeweilige Schmutzbeladung der für das jeweilige Prozessmodul PM1, PM2, PMn definierten Reinigungspfade und Schnittstellen. Weiterhin kann die Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin eines Prozessmoduls PM1, PM2, PMn auch Informationen zu Eigenschaften der definierten Reinigungspfade verwalten und umfassen. Durch diese Informationen sind Werte für reinigungsspezifische Parameter für das jeweilige Prozessmodul PM1, PM2, PMn und die zugehörigen Reinigungspfade anhand von Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt ermittelbar. Diese zusätzliche Information um- fasst beispielsweise:
- einen Reinigungsstatus (z.B. sauber, verunreinigt,
etc . ) ;
- Eigenschaften des jeweiligen Reinigungspfads, welche zur Berechnung einer für die Reinigung mindestens notwendigen Durchflussmenge oder (turbulenten) Strömung sowie zur Berechnung einer maximal zulässigen Durchflussmenge oder Strömung bzw. zur Berechnung der minimalen und maximalen Reynolds-Zahl benötigt werden; sowie
- Materialeigenschaften wie z.B. Oberflächenrauigkeit oder andere spezifische Faktoren des Reinigungspfads, welche Einfluss auf die Reinigungszeit haben.
Zusätzlich weist das System S Hilfsmodule HM1, HMn auf, von welchen Hilfsdienste für die Reinigung zur Verfügung gestellt werden. Derartige Hilfsmodule sind beispielsweise Einrichtungen zur Bereitstellung von Reinigungs- und/oder Spülmittel (z.B. Reinigungs- und/oder Spülmittelbehälter, etc.), Einrichtungen für eine Aufnahme und/oder Aufbereitung von verwendeten Reinigungs- und/oder Spülmittel. Weiterhin können Hilfsmodule HM1, HMn wie z.B. Pumpen mit zugehöriger Steuerung, etc. beispielsweise Hilfsdienste zur Verfügung stellen wie einen Aufbau einer für die Reinigung notwendigen mechanischen Einwirkung (z.B. Druck bei DampfSterilisation, notwendige Strömung des Reinigungs- oder Spülmittels, etc.) oder ein Versorgung eines Sprühgeräts mit Reinigungs- und/oder Spülmittel. Die Hilfsmodule HM1, HMn sind dabei üblicherweise nicht Bestandteil der verfahrenstechnischen Anlage im engeren Sinn, sondern mit der Anlage über Schnittstellen (z.B. Zu- und Abläufe, Kommunikationsschnittstellen, etc.) für Reinigungszwecke verbunden. Die Hilfsmodule HM1 , HMn können beispielsweise wie die Prozessmodule PM1, PM2, PMn ebenfalls eine Selbstbeschreibungsinformation HI1, Hin umfassen, durch welche die zur Verfügung gestellten Hilfsdienste beschreiben wird. Daher sind die Hilfsmodule HM1 , HMn ebenfalls zum Übertragen und Teilen von Informationen und Daten bezüglich der zur Verfügung gestellten Hilfsdienste ausgebildet und eingerichtet. Alternativ, kann die Information über die von den Hilfsmodulen HM1, HMn zur Verfügung gestellten Hilfsdienste direkt in der Prozessplanungseinrich- tung PPE hinterlegt sein, damit diese über Informationen über die jeweiligen Hilfsdienste verfügt.
Weiterhin umfasst das System S eine Prozessplanungseinrich- tung PPE. Die Prozessplanungseinrichtung PPE verwaltet bzw. verfügt über eine Reinigungsprozessinformation RI . Die Reinigungsprozessinformation RI kann beispielsweise in einer eigenen Speichereinheit oder in einer in die Prozessplanungsein- heit PPE integrierten Speichereinheit hinterlegt sein, wobei die Speichereinheit z.B. als Datenbank ausgestaltet sein kann .
Die Reinigungsprozessinformation RI, welche beispielsweise eine Beschreibung des notwendigen Anlagenreinigungsprozesses je Material/Stoff darstellt, umfasst zumindest:
- eine Beschreibung eines für die Reinigung notwendigen Ablaufs bzw. eine Beschreibung der für den Anlagenreini- gungsprozess üblicherweise notwendigen Reinigungsschritte wie z.B. alkalische Spülung, Klarspülen, saure Spülung, Klarspülen, DampfSterilisation , etc.; und
- Modellbeschreibungen der benötigten Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt.
Die Modellbeschreibungen der benötigten Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt sind idealerweise im Sinne des
sinnerschen Kreises ausgestaltet, durch welchen ein Zusammenhang der vier reinigungsspezifischen Faktoren bzw. Parameter Temperatur, mechanische Einwirkung, Einwirkzeit und verwende- tes Reinigungsmittel/Chemie für den Reinigungserfolg beschreiben wird. Die jeweilige Modellbeschreibung der benötigten Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt kann in der Reinigungsprozessinformation RI als formelhafter Zusammenhang der reinigungsspezifischen Faktoren bzw. Parameter (Temperatur, Einwirkzeit und mechanischer Einwirkung) oder in Form einer Tabelle hinterlegt sein, um in Verbindung mit der jeweiligen Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin des jeweiligen Prozessmoduls PM1 , PM2, PMn die entsprechenden Parameterwerte (z.B. Einwirkzeit, Durchflussmenge pro Zeit, Temperatur, etc.) für den jeweiligen Reinigungsschritt zu ermitteln bzw. zu berechnen.
In der Reinigungsprozessinformation RI sind ebenfalls Angaben zu Stoffkonstanten des zumindest einen eingesetzten Reinigungsmittels bzw. der jeweils verwendeten Reinigungs- und Spülmittel hinterlegt. Diese Angaben und Informationen können dann von der PPE beispielsweise für eine Berechnung der Rey- nolds-Zahl, Dichte und Viskosität herangezogen werden, welche bei einer Erstellung eines anlagenspezifischen Reinigungs- Ablaufplans RA benötigt werden.
Neben der Verwaltung der Reinigungsprozessinformation RI ist die Prozessplanungseinheit PPE dazu eingerichtet und ausgestaltet, anlagenspezifisch eine Reinigungs-Ablaufplan RA zu erstellen. Der Reinigungs-Ablaufplan RA kann bezüglich eines minimierten Ressourcenverbrauchs optimiert werden. Dazu werden von der Prozessplanungseinheit als Basis die Reinigungsprozessinformation RI, die Selbstbeschreibungs-Informationen Sil, SI2, Sin der Prozessmodule PM1, PM2, PMn sowie die Informationen der Hilfsmodule HM1, HMn herangezogen. Dabei kann von der Prozessplanungseinheit PPE nur einmal für den jeweiligen, auf der Anlage durchgeführten Produktionsprozess einen Reinigungs- Ablaufplan RA erstellen, welcher dann z.B. nach jedem Batch der Produktion angewendet wird. Alternativ kann der Reinigungs-Ablaufplan RA dynamisch - d.h. nach einer Produktion und/oder in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad erstellt werden. Weiterhin weist das System S eine Prozesssteuereinheit PSE auf, an welche ein ermittelter, anlagespezifischer Reini- gungs-Ablaufplan RA nach entsprechender Prüfung auf Fehler- freiheit übergebbar ist. Die Prüfung auf Fehlerfreiheit kann beispielsweise mittels eines virtuellen Durchlaufs am System S durchgeführt werden. Dabei wird z.B. geprüft, ob alle Reinigungspfade und Schnittstellen vom erstellten Reinigungs- Ablaufplan RA erfasst und entsprechend gereinigt werden. Mög- liehe Fehler können korrigiert und mit Hilfe der Prozesspla- nungseinheit PPE ein korrigierter Reinigungs-Ablaufplan RA ermittelt werden. Mit Hilfe der Prozesssteuereinheit PSE ist der Reinigungs-Ablaufplan RA dann an der realen, verfahrenstechnischen Anlage testbar bzw. für die Reinigung einsetzbar. Während der Durchführung des Reinigungs-Ablaufplans RA wirkt die Prozesssteuereinheit PSE mittels Befehlen auf die Prozessmodule PM1, PM2, PMn sowie die Hilfsmodule HM1, HMn ein . Für den Austausch von Informationen und Daten zwischen den Prozessmodulen PM1 , PM2 , PMn, Hilfsmodulen HM1, HMn, der Prozessplanungseinheit PPE und der Prozesssteuereinheit PSE weist das System S ein Kommunikationsnetz auf. Das Kommunikationsnetz kann in Abhängigkeit von der jeweiligen verfah- renstechnischen Anlage beispielsweise als Bussystem, drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationssystem oder als Kombination dieser Kommunikationssysteme ausgestaltet sein und zur Daten- und Informationsübertragung z.B. das Internet nutzen. Für die Erstellung und Durchführung eines Reinigungs-
Ablaufplans RA als Cleaning-in-Place-Prozess für eine verfahrenstechnische Anlage mit dem erfindungsgemäßen System S werden die folgenden Verfahrensschritte durchlaufen: In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird die zu reinigende, verfahrenstechnische Anlage in Form von Prozessmodulen PM1, PM2, PMn abgebildet. Dabei ist in jedem Prozessmodule PM1 , PM2, PMn eine zugehörige Selbstbeschreibungs-Information Sil, SI2, Sin hinterlegt, in welcher die Reinigungseigenschaften des jeweiligen Prozessmoduls PM1 , PM2 , PMn im Bezug auf den CIP-Prozess beschreiben. Den Prozessmodulen PM1, PM2, PMn ist beispielsweise auf Basis einer Produktionsplanung für die verfahrenstechnische Anlage oder auf Basis der jeweiligen Produktion ein Verschmutzungsgrad bekannt, welchen einzelne Komponenten aufweisen und welche Reinigungspfade angesprochen werden müssen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird von jedem Prozessmodul PM1 , PM2, PMn die Reinigungsprozessinformation RI abgefragt, um von der Prozessplanungseinheit PPE eine Liste der notwendigen Reinigungsschritte für den Anlagenreinigungs- prozess sowie die Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt zu erhalten. Dabei kann vom jeweiligen Prozessmodul PM1, PM2, PMn je Reinigungspfad z.B. jener Stoff angegeben werden, welcher zur Verschmutzung geführt hat.
In der Reinigungsprozessinformation RI der Prozessplanungseinheit PPE kann beispielsweise eine generellen Beschreibung der für den Reinigungsprozess der jeweiligen Anlage notwendigen Reinigungsschritte hinterlegt sein, bei welcher z.B. alle möglichen verunreinigenden Stoffe und/oder verschmutzte Mate- rialen berücksichtigt sind. Je nach der jeweiligen Konfiguration der zu reinigenden Anlage und einer benötigten Reinigungsmittelmenge, können anlagespezifische Beschreibungen der für den Anlagenreinigungsprozess notwendigen Reinigungsschritte erstellt und in der Reinigungsprozessinformation verwaltet werden .
Von den jeweiligen Prozessmodulen PM1, PM2, PMn wird die Reinigungsprozessinformation RI - d.h. die Beschreibungen der für den Anlagenreinigungsprozess notwendigen Reinigungsschritt und die Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt im zweiten Verfahrensschritt 2 dann durch Informationen auf Basis der jeweiligen Selbstbeschrei- bungs-Information Sil, SI2, Sin ergänzt. Dabei werden von den Prozessmodulen PM1, PM2, PMn beispielsweise Werte für die reinigungsspezifischen Parameter wie Zeit, Durchflussmenge pro Zeit, Temperatur, etc. ermittelt. Diese Werte werden beispielsweise aus den Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt sowie auf Basis von Eigenschaften des jeweiligen Prozessmoduls PM1 , PM2 , PMn bzw. den jeweiligen Reinigungspfaden wie z.B. internen Strömungsverhältnissen zum Erreichen einer turbulenten Strömung, einer Oberflächenbeschaffenheit, einer Leistungsfähigkeit des jeweiligen Prozessmoduls PM1, PM2, PMn im Bezug auf die Temperatur und einer maximal erreichbaren Durchflussmenge pro Zeit berechnet.
Bei der Durchflussmenge pro Zeit ist beispielsweise ein minimaler und ein maximaler Wert zu berücksichtigen. Der minimale Wert wird dabei durch jene Durchflussmenge pro Zeit vorgegeben, welche notwendig ist, um eine turbulente Strömung zu erreichen. Der maximale Wert ergibt sich z.B. aus jenem Wert, welcher unterschritten werden muss, um Kavitationen zu verhindern oder er ist z.B. durch die maximale Kapazität des jeweiligen Prozessmoduls PM1, PM2, PMn beschränkt. Weiterhin kann es notwendig sein, dass je nach Oberflächenbeschaffenheit ein Zuschlag bei der benötigten Zeit zu berücksichtigen ist .
Von der Prozessplanungseinheit PPE wird dann in einem dritten Verfahrensschritt 3 auf Basis der mit Informationen und Daten von den Prozessmodulen PM1, PM2, PMn ergänzten Reinigungsprozessinformation RI und unter Berücksichtigung von Informationen der Hilfsmodule HM1, HMn im Bezug auf die jeweils zur Verfügung gestellten Hilfsdienste ein Reinigungs-Ablauf RA für die verfahrenstechnische Anlage ermittelt.
Dabei können im dritten Verfahrensschritt 3 zuerst für die jeweiligen Prozessmodule PM1 , PM2, PMn Reinigungs- Ablaufpläne erstellt werden, bei welchen beispielsweise auch alternative Reinigungspfade innerhalb einzelner Prozessmodule PM1, PM2, PMn berücksichtigt werden. D.h. gibt es in einem Prozessmodul PM1, PM2, PMn alternative Reinigungspfade, durch welche alle Teile des Prozessmoduls PM1, PM2, PMn gereinigt werden oder unterschiedliche Optimierungsvarianten, so können alternative Reinigungs-Ablaufpläne für diese Vari- anten ermittelt werden. Durch die Prozessplanungseinheit PPE werden dann die prozessmodulspezifischen Reinigungs- Ablaufpläne zu einem anlagespezifischen Reinigungs-Ablaufplan RA zusammengeführt, wobei bei alternativen prozessmodulspezi- fischen Reinigungs-Ablaufplänen einer auszuwählen ist. Beim Zusammenführen muss weiterhin darauf geachtet werden, dass alle Schnittstellen zwischen den Prozessmodulen PM1 , PM2, PMn ebenfalls gereinigt bzw. von Reinigungs- und/oder Spülmittel durchflössen werden. Dadurch können beispielsweise längere Reinigungspfade innerhalb der Anlage gebildet werden bzw. das Reinigungs- und/oder Spülmittel von einem Prozessmodul PM1, PM2, PMn zum nächsten weitergeleitet werden. Um solche längeren Reinigungspfade zu bilden, kann es beispielsweise notwendig sein, dass von der Prozessplanungseinheit PPE die prozessmodulspezifischen Reinigungs-Ablaufpläne entspre- chend der Reinigungsschritt aufgespalten und für den anlagenspezifischen, gesamten Reinigungs-Ablaufplan RA nach Reinigungsschritten sortiert werden.
Weiterhin ist bei der Ermittlung des anlagenspezifischen Rei- nigungs-Ablaufplans RA für komplexe und/oder größere Anlagen, bei welchen relativ lange Reinigungspfade gebildet werden können, z.B. eine Aufnahmefähigkeit der Reinigungs- und/oder Spülmittel zu berücksichtigen. Diesbezüglich kann das Reinigungs- bzw. Spülmittel beispielsweise entsprechend einer zu erwartenden Verunreinigung am Reinigungspfad mit einem Verunreinigungsfaktor beaufschlagt werden. Sobald durch die Beladung der Reinigungs- und/oder Spülmittel mit Verschmutzungen ein vorgegebener Wert für den Verunreinigungsfaktor überschritten wird, kann der Reinigungspfad z.B. abgebrochen und an dieser Stelle z.B. ein Abfluss oder eine Rückführung für das Reinigungs- bzw. Spülmittel sowie ein Zufluss für frischen Reinigungs- bzw. Spülmittel vorgesehen werden. Eine Überwachung der Schmutzbeladung des Reinigungs- bzw. Spülmit- tels sowie das Einfügen von entsprechenden Schritten (Ablassen/Zurückführen des Reinigungs- und/oder Spülmittel, Zuführen von frischem Reinigungs- und/oder Spülmittel) in den Reinigungs-Ablaufplan RA kann beispielsweise von der Prozesspla- nungseinheit PPE übernommen werden.
Der von der Prozessplanungseinheit PPE ermittelte, anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan RA kann im dritten Verfahrensschritt 3 zuerst virtuell durchlaufen werden, um bei- spielsweise Fehler bei der Abbildung der Anlage auf die Prozessmodule PM1, PM2, PMn, fehlerhafte Annahmen bei Selbst- beschreibungs-Informationen Sil, SI2, Sin, Reinigungsinformation RI, etc. zu erkennen und um zu prüfen, ob alle Reinigungspfade und Schnittstellen vom Anlagenreinigungsprozess erfasst werden. Wird beim virtuellen Durchlauf Fehlerfreiheit festgestellt, so kann in einem vierten Verfahrensschritt 4 der Reinigungs-Ablaufplan RA an die Prozesssteuereinheit PSE übergeben und an der realen, verfahrenstechnischen Anlage getestet werden. Werden dabei z.B. unzureichende Reinigungser- gebnisse festgestellt, so können beispielsweise Annahmen in den Selbstbeschreibungs-Informationen Sil, SI2, Sin der Prozessmodule PM1, PM2, PMn, bei der Reinigungsinformation RI, etc. zugrundeliegen. Durch entsprechende Korrektur kann dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems S ein korrigier- ter bzw. optimierter Reinigungs-Ablaufplan RA für die Anlage erstellt werden.
Weiterhin stehen nach Erstellung des Reinigungs-Ablaufplans RA alle getätigten Annahmen bezüglich Reinigungseffizienz, geometrischer und strömungsmechanischer Verhältnisse der Anlage sowie alle Reinigungsschritte in der Prozessplanungseinheit PPE und in den Prozessmodulen PM1, PM2, PMn zur Verfügung. Diese Daten können beispielsweise in strukturierter Form als Dokumentation und/oder für eine Validierung des CIP- Prozesses genutzt werden, wodurch der CIP-Prozess mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems S in einfacher Weise gut und nachvollziehbar dokumentiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. System (S) zum Erstellen und Durchführen eines Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnischen Anla- ge, wobei der Anlagenreinigungsprozess als so genannter
Cleaning-in-Place-Prozess ausgestaltet ist, und die verfahrenstechnische Anlage für eine Reinigung mittels eines Cleaning-in-Place-Prozesses ausgebildet oder eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende, ver- fahrenstechnische Anlage in Form von Prozessmodulen (PM1,
PM2 , PMn) abgebildet ist, in welchen jeweils eine Selbstbeschreibungs-Information (Sil, SI2, Sin) in Bezug auf die jeweiligen Reinigungseigenschaften hinterlegt ist, und welche zum Übertragen oder Teilen der jeweiligen Selbstbeschreibungs-Information (Sil, SI2, Sin) ausgebildet und eingerichtet sind,
dass zumindest ein Hilfsmodul (HM1, HMn) vorgesehen ist, welches Hilfsdienste für den Anlagenreinigungsprozess zur Verfügung stellt, und zum Übertragen oder Teilen einer Information (HI1, Hin) über die jeweiligen
Hilfsdienste ausgebildet und eingerichtet ist,
und dass eine Prozessplanungseinheit (PPE) vorgesehen ist, welche über eine Reinigungsprozessinformation (RI) verfügt, wobei die Reinigungsprozessinformation (RI) zu- mindest für den Anlagenreinigungsprozess notwendige Reinigungsschritte und Modellbeschreibungen einer Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt umfasst, und welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist, auf Basis der Reinigungsprozessinformation (RI) , der Selbstbeschreibungs- Informationen (Sil, SI2, Sin) der Prozessmodule (PM1,
PM2 , PMn) und der Information (HI1, Hin) des zumindest einen Hilfsmoduls (HM1, HMn) anlagespezifisch einen Reinigungs-Ablaufplan (RA) zu ermitteln. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Prozesssteuereinheit (PSE) vorgesehen ist, an welche ein ermittelter, anlagespezifischer Reinigungs- Ablaufplan (RA) für eine Ausführung übergebbar ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstbeschreibungs-Information (Sil, SI2, Sin) des jeweiligen Prozessmoduls (PM1, PM2, PMn) zumindest umfasst:
- eine Beschreibung autonomer Reinigungsabläufe;
- eine Beschreibung von für die Reinigung genutzter Schnittstellen;
- eine Definition von Reinigungspfaden; und
- eine Zustandsinformation im Bezug auf den jeweiligen Reinigungsstatus und eine jeweilige Schmutzbeladung der jeweiligen Reinigungspfade und Schnittstellen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstbeschreibungs-Information (Sil, SI2, Sin) des jeweiligen Prozessmoduls (PM1, PM2, PMn) weiterhin Informationen zu den jeweils zugehörigen Reinigungspfaden umfasst, durch welche Werte für reinigungsspezifische Parameter für das jeweilige Prozessmodul (PM1, PM2, PMn) und die zugehörigen Reinigungspfade anhand der Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt ermittelbar sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Reinigungsprozessinformation (RI) enthaltenen Modellbeschreibungen der Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt als formelhafter Zusammenhang der reinigungsspezifischen Parameter oder in Form einer Tabelle hinterlegt sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reinigungsprozessinformation (RI) weiterhin Informationen zu Stoffkonstanten des zumindest einen eingesetzten Reinigungsmittels enthalten sind. 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessplanungseinheit (PPE) dazu ausgebildet ist, den anlagespezifischen Reinigungs- Ablaufplan (RA) für den jeweils auf der Anlage durchgeführten Produktionsprozess zu erstellen.
. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessplanungseinheit (PPE) dazu ausgebildet ist, den anlagespezifischen Reinigungs- Ablaufplan (RA) dynamisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Produktion und/oder dem jeweiligen Verschmutzungsgrad zu erstellen.
. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommunikationsnetz für einen Daten- und Informationsaustausch zwischen Prozessmodulen (PM1, PM2, PMn) , dem zumindest einen Hilfsmodul (HM1,
HMn) und der Prozessplanungseinheit (PPE) sowie der Prozesssteuereinheit (PSE) vorgesehen ist.
0.5ystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (S) als so genanntes Cyber Physical Production System oder CPPS ausgestaltet ist .
1. erfahren zum Erstellen und Durchführen eines Anlagenreinigungsprozesses für eine verfahrenstechnische Anlage mit einem System (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Anlagenreinigungsprozess als Cleaning-in-Place- Prozess ausgeführt wird, und die verfahrenstechnische Anlage für eine Reinigung mittels eines Cleaning-in-Place- Prozesses ausgebildet oder eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende, verfahrenstechnische Anlage in Form von Prozessmodulen (PM1, PM2, PMn) abgebildet wird (1), wobei jedes Prozessmodul (PM1, PM2,
PMn) eine Selbstbeschreibungs-Information (Sil, SI2, Sin) im Bezug auf jeweilige Reinigungseigenschaften aufweist, dass von jedem Prozessmodul (PM1, PM2, PMn) von einer Prozessplanungseinheit (PPE) eine Reinigungsprozessinformation (RI), von welcher zumindest für den Anlagenreinigungsprozess notwendige Reinigungsschritte und Modellbeschreibungen einer Reinigungseffizienz je Reinigungsschritt umfasst werden, abgefragt und Information und Daten auf Basis der jeweiligen Selbstbeschrei- bungs-Information (Sil, SI2, Sin) ergänzt wird (2), und dass von der Prozessplanungseinheit (PPE) auf Basis der ergänzten Reinigungsprozessinformation (RI) und einer Information (HI1, Hin) über von zumindest einem Hilfsmodul (HM1, HMn) zur Verfügung gestellte Hilfsdienste anlagenspezifisch ein Reinigungs-Ablaufplan (RA) ermit- telt wird (3) .
12. erfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst für die jeweiligen Prozessmodule (PM1, PM2 ,
PMn) Reinigungs-Ablaufpläne ermittelt werden, und dass dann die Reinigungs-Ablaufpläne für die Prozessmodule (PM1, PM2, PMn) zum anlagenspezifischen Reinigungs- Ablaufplan (RA) zusammengeführt werden (3) .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass der von der Prozessplanungseinheit
(PPE) erstellte anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan (RA) zuerst virtuell durchlaufen wird (3), und dass der anlagenspezifische Reinigungs-Ablaufplan (RA) nach festgestellter Fehlerfreiheit an eine Prozesssteuereinheit (PSE) für einen Durchlauf an der verfahrenstechnischen
Anlage übergeben wird (4) .
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