JP7013527B2 - モジュール式設計の製造プラントを運用するための方法 - Google Patents

Description

本発明に至った作業は、欧州連合の第７次フレームワークプログラムＲＰ７／２００７－２０１３の一部として、助成契約第２２８８６７号によって後援された。

本発明は、製造目的で互いに接続され、調節目的で自律的（autonomous）である処理モジュール（process module）を有する、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラントを運用するための方法に関する。

本発明はまた、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラントにも関する。

特定の化学製品および／または医薬製品を製造するためには、個々の処理セクションにおける処理工学に関してそれぞれ必要とされる処理工程を実行することができるように、個々のプラント構造を有する製造プラントを提供することが必要である。この特定の製品の製造がもはや所望されなくなった場合、製造プラントは、通常、同じ場所で別の化学製品および／または医薬製品を製造するために使用することができる個々のプラント構造を有する別の製造プラントを構築することができるように、再度解体される。この製造プラントの構築および解体は、非常に時間がかり、コスト集約的である。したがって、異なる化学製品および／または医薬製品の製造と関連付けられる労力の量を低減させるために、恒常的な必要性が存在する。

この問題を回避するために、製造プラントは、処理目的で互いに接続可能であり、調節目的で自律的である個々の処理モジュールから、あるモジュール様式で構築される場合がある。しかしながら、従来の製造プラントにおいて使用される調節概念は、調節目的で自律的である処理モジュールから、あるモジュール様式で構築される製造プラントに容易に転換することができないので、そのような製造プラントは、新規の調節概念を必要とする。

本発明の目的は、製造目的で互いに接続され、調節目的で自律的である処理モジュールを有する、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラントの調節概念を提供することである。

この目的は、特許請求項１に記載の特徴を有する方法、および特許請求項４に記載の特徴を有する製造プラントによって達成される。本発明の好適な改良点は、従属請求項において述べられ、該従属請求項は、それ自体で、または任意の所望の互いの組み合わせで本発明の態様を各々構成し得る。

特許請求項１では、製造目的で互いに接続され、調節目的で自律的である複数の処理モジュールを有する、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラントを運用するための方法が提案され、該方法では、各処理モジュールについて、この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、連続的または不連続的に検出され、該量に対する所定の制限値と比較され、
－ この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも少ないまたは多い場合に、それぞれの処理モジュールへの質量流入が増加または減少され、質量流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの上流に直接接続される更なる処理モジュールの質量流出であり、または、
－ この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、量に対する制限値よりも多いまたは少ない場合に、それぞれの処理モジュールからの質量流出が増加または減少され、質量流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの下流に直接接続される更なる処理モジュールの質量流入である。本発明の範囲内で、「量に対する制限値」および「量に対する設定値」という用語は、同義的に使用され得る。

この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも少ないときに、それぞれの処理モジュールへの質量流入が増加し、質量流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの上流に直接接続される更なる処理モジュールの質量流出である場合、製造プラントまたはその処理モジュールは、引き込み原理として知られる、製造工学から知られている調節概念に基づいて動作する。一方で、この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも多いときに、それぞれの処理モジュールからの質量流出が増加し、質量流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの下流に直接接続される更なる処理モジュールの質量流入である場合、製造プラントまたはその処理モジュールは、押し出し原理として知られる、同じく製造工学から知られている調節概念に基づいて動作する。結果的に、引き込み原理の事例では、活動のためのインパルスが、処理モジュールの下流にそれぞれ接続される処理モジュールから生じ、一方で、押し出し原理の事例では、活動のためのインパルスが、処理モジュールの上流にそれぞれ接続される処理モジュールから生じる。本発明には、製造プラントの全ての処理モジュールが、引き出し原理または押し出し原理に基づいて一様に動作することが重要である。製造プラントの全ての処理モジュールが、引き出し原理または押し出し原理に基づいて一様に動作しなかった場合、これらの処理モジュールは、互いに対して悪影響を及ぼす。また、上流の処理モジュールの下流に接続される処理モジュールの流入とは独立に、上流の処理モジュールの流出を調節することも望ましくない。

製造目的で互いに接続可能であり、調節目的で自律的である処理モジュールは、ユニットとして設計することができ、該ユニットは、まとめて輸送することができ、対応して装備されるモジュール式構造の製造プラントを建設することが意図される所望の製造現場に輸送することができ、所望の製造が終了した後にこの現場から遠くに輸送することができる。これは、製造コストを低減させる様式で、個々の処理モジュールを異なる製造現場で容易に再使用することを可能にする。この目的のために、処理モジュールは、筐体を有することができ、該筐体は、処理モジュールの容易な輸送を可能にし、該筐体には、所望の処理セクションを実行するための少なくとも１つの処理アセンブリが配設され、その寸法決定を標準化することができる。

製造現場において、処理モジュールは、好ましくは標準化された連結装置を介して、永続的に設置された通信ネットワークに、および供給ネットワークに接続することができ、該供給ネットワークは、材料および／またはエネルギーを、処理モジュールを供給するために使用することができ、および／または該供給ネットワークに材料を送達することができ、これは、少なくとも１つの化学バッチ反応および／または連続製造を、処理モジュールを使用して、実質的に自律的な様式で実行することができるという結果をもたらす。供給ネットワークは、具体的には、例えば懸濁液もしくはエマルジョンとして、単相もしくは多相の形態で存在し得る、固体材料、液体材料、および／もしくは気体材料、または材料の混合物を輸送するために使用することができる。例えば、供給ネットワークは、圧縮空気を供給するための圧縮空気ライン、水を供給するための給水ライン、電気エネルギーを供給するための電気ライン、開始材料および／もしくは補助材料を供給するための、および／または製品、副製品、および／もしくは廃棄材料を排出するための材料ライン、冷気を供給するための、もしくは熱を放散させるための冷却ライン、ならびに／または熱を供給するための、もしくは冷気を除去するための加熱ラインを有することができる。種々の有線または無線の通信ネットワークが、通信ネットワークとして考慮される。通信ネットワークに接続される処理モジュール間の標準化された情報交換は、通信ネットワークを介して実行することができる。

加えて、または代替的に、供給ネットワーク、ならびに／または液体材料、固体材料、および／もしくは気体材料のための貯蔵容器に接続することができる材料貯蔵および／またはエネルギー貯蔵を、処理モジュールの筐体の内部に提供することができ、これは、自律的に、かつ外部供給とは独立に、化学反応を行わせることができるという結果をもたらす。処理モジュールは、例えば、化学反応の実行および反応条件の制御を可能にする、加熱、冷却、混合、分離、圧力の制御、換気、および／または通気のための機能を有することができる。

有利な改良点によれば、複数の処理モジュールのうちの少なくとも１つの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量を検出するために、この処理モジュールの充填レベルが検出される。これは、適切な充填レベルセンサによって、処理モジュールの中にそれぞれ存在し、処理モジュールによって処理される材料の量を検出する、簡単で可能な方法を表す。また、各処理モジュールにおいて、処理モジュールの充填レベルを検出することによって、処理モジュールの中に存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量の検出を行うことも可能である。

更に有利な改良点によれば、処理モジュールのうちの少なくとも１つの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量を検出するために、この処理モジュールの圧力が検出される。これは、たくさんの情報を得るために、最後に述べた改良点に代わるものとして、またはそれに加えて提供され得る。この改良点も同様に、適切な圧力センサによって、処理モジュールの中にそれぞれ存在し、処理モジュールによって処理される材料の量を検出する、簡単で可能な方法を表す。また、各処理モジュールにおいて、処理モジュールの圧力を検出することによって、処理モジュールの中に存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量の検出を行うことも可能である。

特許請求項４は、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラントを提案し、該製造プラントは、製造目的で互いに接続可能であり、調節目的で自律的である少なくとも２つの処理モジュールを有し、各処理モジュールがそれ自体の電子デバイス、具体的には、制御デバイスおよび／または調節デバイスを有し、該デバイスが、それぞれの処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量を連続的または不連続的に検出し、それを該量に対する所定の制限値と比較するように設定され、各電子デバイスはまた、
－ この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも少ないまたは多い場合に、この処理モジュールへの質量流入を増加または減少させるために、それぞれの処理モジュールの流入を作動させ、該流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの上流に直接接続される更なる処理モジュールの流出であるように設定される、または、
－ この処理モジュールの中にそれぞれ存在し、この処理モジュールによって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも多い、または少ない場合に、この処理モジュールからの質量流出を増加または減少させるために、それぞれの処理モジュールの流出を作動させ、該流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの下流に直接接続される更なる処理モジュールの流入であるように設定される。

方法に関して上で述べられる利点および実施形態は、この製造プラントと対応して関連付けられる。

個々の処理モジュールは、引き込み原理から押し出し原理に、またはその逆に切り替えることができる。代替的に、対応する製造プラントにおいて統合された個々の処理モジュールは、自動的に、かつ自発的に切り替えることが可能である。これは、加えて、例えば処理モジュールの内部バッファネットワークを調節する方法などの、処理モジュールを他の方法で調節する方法を再設計することが必要になり得る。

処理モジュールの各電子デバイスは、通信目的で上述した通信ネットワークに接続することが可能であり得る。例えば、電子デバイスは、好ましくは、それぞれの処理モジュールが通信ネットワークに接続されたときに検出し、その後に、電子デバイスが、識別信号を通信ネットワークに自動的に送給し、該通信ネットワークから、包括的なタイプの処理モジュールがクリアであるという信号を発する。

各電子デバイスは、それぞれの処理モジュールを制御および／または調節して、製造の特定の処理セクションを独立して実行するように設定することができる。この事例において、「独立して」とは、処理セクションまたはその後の一部を、この目的のために、処理モジュールから離れたデバイスによって制御および／または調節することを必要とせずに、処理モジュールを使用して処理セクションが実行されることを意味する。したがって、処理モジュールは、それに応じて、自律的に動作することができる。

電子デバイスはまた、通信目的で通信ネットワークに接続された複数の処理モジュールが、互いに自動的に通信できるような様式、例えば、少なくとも１つの処理モジュールが少なくとも１つの更なる処理モジュールから情報を自動的に要求するような様式で設定することもできる。この処理モジュール間の自動的な通信は、具体的には、通信ネットワークに接続された複数の処理モジュールが、それらのそれぞれの電子デバイスを使用して、識別信号を通信ネットワークに出力し、該信号が、既に通信ネットワークに接続された処理モジュールによって受信される場合に可能である。その結果、通信ネットワークに新しく接続された処理モジュールのアドレスを受信処理モジュールに通知することができる。例えば通信ネットワークまたはそれらの電子デバイスに既に接続された処理モジュールの事例において、これは、これらの処理モジュールについて、対応する識別信号を通信ネットワークに放射することも引き起こすことができ、この信号は、次いで、通信ネットワークに新しく接続された処理モジュールによって受信される。この点で、製造プラントは、プラグアンドプレイ機能を有することができる。

更なる処理モジュールから要求することができる情報は、この情報を提供する処理モジュールによって実行される、または実行されるべき処理セクションに関する、所与の形態の情報および／または予想される処理パラメータを含むことができる。これらの処理パラメータは、次いで、要求元の処理モジュールを制御および／または調節するために使用することができる。これは、具体的には、時間的に先行する処理セクションにおいて先行する処理モジュールによって製造される中間製品を更に処理することを意図する、以降の処理モジュールに有利である。この以降の処理モジュールによる更なる処理には、中間製品から所望の最終製品を製造するためのどの境界条件が存在するか、およびどの境界条件を以降の処理モジュールによって満たさなければならないかを決定することができるように、先行する処理モジュールによって製造される中間製品がどのような特性を有するのかを知ることが極めて重要である。

有利な改良点によれば、少なくとも１つの処理モジュールは、この処理モジュールの材料の充填レベルを検出し、この処理モジュールの電子デバイスに通信目的で接続される、少なくとも１つの充填レベルセンサを有し、電子デバイスは、充填レベルセンサによってそれぞれ検出される材料の充填レベルから、処理モジュールの中にそれぞれ存在し、処理モジュールによって処理される材料の量を決定するように設定される。本方法の対応する改良点に関して述べられる利点および実施形態は、これと対応して関連付けられる。

更に有利な改良点によれば、少なくとも１つの処理モジュールは、この処理モジュールの圧力を検出し、この処理モジュールの電子デバイスに通信目的で接続される、少なくとも１つの圧力センサを有し、電子デバイスは、圧力センサによってそれぞれ検出される圧力から、処理モジュールの中にそれぞれ存在し、処理モジュールによって処理される材料の量を決定するように設定される。本方法の対応する改良点に関して述べられる利点および実施形態は、これとも対応して関連付けられる。

更に有利な改良点は、上流の処理モジュールに対する流出を形成し、同時に、この処理モジュールの下流に接続される処理モジュールに対する流入を形成する各ライン上には、上流の処理モジュールまたは下流の処理モジュールの電子デバイスに通信目的で接続される、少なくとも１つの電気的に起動可能な弁が配設されることを提供する。これは、処理モジュールからの材料の流出、または処理モジュールへの材料の流入を簡単な方法で調節することを可能にする。

本発明は、好ましい例示的な実施形態を用いて、添付図面を参照しながら、一例として下で説明され、下で特定される特徴は、それら自体で、または互いに組み合わせて本発明の態様を構成することができる。図面中、

本発明による製造プラントの例示的な実施形態の概略図である。 本発明による製造プラントの更なる例示的な実施形態の概略図である。

図１は、化学製品および／または医薬製品を製造するための、本発明による製造プラント１の例示的な実施形態である。材料の流れは、矢印７によって示される。製造プラント１は、製造目的で互いに接続され、調節目的で自律的である、ｎ個の処理モジュール２を含む。各処理モジュール２は、電子デバイス３、具体的には、制御デバイスおよび／または調節デバイスを有し、該デバイスは、それぞれの処理モジュール２の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール２によって処理される材料の量を連続的または不連続的に検出し、それを該量に対する所定の制限値と比較するように設定される。各電子デバイス３はまた、この処理モジュール２の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール２によって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも少ない場合に、この処理モジュール２への質量流入を増加させるために、それぞれの処理モジュール２の流入を作動させ、該流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュール２の上流に直接接続される更なる処理モジュール２の流出であるように設定される。結果的に、製造プラント１またはその処理モジュール３は、引き込み原理で作用する。それに応じてそれぞれの流入を増加させることを可能にするために、上流の処理モジュール２に対する流出を形成し、同時に、この処理モジュール２の下流に接続される処理モジュール２に対する流入を形成する各ライン４上には、下流の処理モジュール２の電子デバイス３に通信目的で接続される、電気的に起動可能な弁５が配設される。

各処理モジュール２はまた、この処理モジュール２の材料の充填レベルを検出し、この処理モジュール２の電子デバイス３に通信目的で接続される、充填レベルセンサ６も有し、電子デバイス３が、充填レベルセンサ６によってそれぞれ検出される材料の充填レベルから、処理モジュール２の中にそれぞれ存在し、処理モジュール２によって処理される材料の量を決定するように設定される。代替として、または加えて、各処理モジュール２は、この処理モジュール２の圧力を検出し、この処理モジュール２の電子デバイス３に通信目的で接続される、圧力センサ（図示せず）を有し、電子デバイス３は、圧力センサによってそれぞれ検出される圧力から、処理モジュール２の中にそれぞれ存在し、処理モジュール２によって処理される材料の量を決定するように設定される。この目的のために、各電子デバイス３は、マイクロプロセッサおよび適切な記憶媒体を有することができる。

図２は、本発明による製造プラント１の更なる例示的な実施形態の概略図を示す。この製造プラント１は、具体的には、各電子デバイス３が、この処理モジュール２の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール２によって処理される材料の量が、該量に対する制限値よりも多いときに、この処理モジュール２からの質量流出を増加させるために、それぞれの処理モジュール２の流出を起動させるように設定され、流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュール２の下流に直接接続される更なる処理モジュール２の流入であるように設定される、という点で、図１に示される例示的な実施形態と異なる。処理モジュール２の上流に対する流出を形成し、同時に、この処理モジュール２の下流に接続される処理モジュール２に対する流入を形成する各ライン４上には、上流の処理モジュール２の電子デバイス３に通信目的で接続される、電気的に起動可能な弁５が配設される。

Claims (7)

1. 製造目的で互いに接続され、調節目的で自律的である３つ以上の処理モジュール（２）を有する、化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラント（１）を運用するための方法であって、各処理モジュール（２）について、この処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される材料の量が、連続的または不連続的に検出され、前記量に対する所定の制限値と比較され、各処理モジュール（２）は、ユニットとして設計され、製造現場にユニットごとに輸送可能であり、かつ前記製造現場からユニットごとに輸送可能であり、
   － この処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量が、前記量に対する前記制限値よりも少ないまたは多い場合に、それぞれの処理モジュール（２）への質量流入が増加または減少され、前記質量流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュール（２）の上流に直接接続される更なる処理モジュール（２）の質量流出であり、前記３つ以上の処理モジュール（２）は、互いに直列に接続されており、前記３つ以上の処理モジュール（２）のうちの互いに隣接する２つの処理モジュール（２）は、弁（５）を介して互いに接続されており、前記弁（５）は、前記互いに隣接する２つの処理モジュール（２）のうちの下流側のものに設けられた電子デバイス（３）に通信可能に接続されており、前記電子デバイス（３）は、前記弁（５）を開くよう指示する、または、
   － この処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量が、前記量に対する前記制限値よりも多いまたは少ない場合に、それぞれの処理モジュール（２）からの質量流出が増加または減少され、前記質量流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュール（２）の下流に直接接続される更なる処理モジュール（２）の質量流入であり、前記３つ以上の処理モジュール（２）は、互いに直列に接続されており、前記３つ以上の処理モジュール（２）のうちの互いに隣接する２つの処理モジュール（２）は、弁（５）を介して互いに接続されており、前記弁（５）は、前記互いに隣接する２つの処理モジュール（２）のうちの上流側のものに設けられた電子デバイス（３）に通信可能に接続されており、前記電子デバイス（３）は、前記弁（５）を開くよう指示する、
   方法。
2. 前記処理モジュール（２）のうちの少なくとも１つの中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量を検出するために、この処理モジュール（２）の充填レベルが検出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理モジュール（２）のうちの少なくとも１つの中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量を検出するために、この処理モジュール（２）の圧力が検出されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 製造目的で互いに接続可能であり、調節目的で自律的である少なくとも３つの処理モジュール（２）を有し、各処理モジュール（２）が電子デバイス（３）、具体的には、制御デバイスおよび／または調節デバイスを有し、前記デバイスが、それぞれの処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される材料の量を連続的または不連続的に検出し、それを前記量に対する所定の制限値と比較するように設定され、各処理モジュール（２）は、ユニットとして設計されており、製造現場にユニットごとに輸送可能であり、かつ前記製造現場からユニットごとに輸送可能であり、各電子デバイス（３）はまた、
   － この処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量が、前記量に対する前記制限値よりも少ないまたは多い場合に、この処理モジュール（２）への質量流入を増加または減少させるために、それぞれの処理モジュール（２）の流入を作動させ、前記流入が、同時に、製造目的でこの処理モジュール（２）の上流に直接接続される更なる処理モジュール（２）の流出であるように設定され、前記少なくとも３つの処理モジュール（２）は、互いに直列に接続されており、前記少なくとも３つの処理モジュール（２）のうちの互いに隣接する２つの処理モジュール（２）は、弁（５）を介して互いに接続されており、前記弁（５）は、前記互いに隣接する２つの処理モジュール（２）のうちの下流側のものに設けられた前記電子デバイス（３）に通信可能に接続されており、前記弁（５）に通信可能に接続された前記電子デバイス（３）は、前記弁（５）を開くよう指示する、または、
   － この処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、この処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量が、前記量の対する前記制限値よりも多いまたは少ない場合に、この処理モジュール（２）からの質量流出を増加または減少させるために、それぞれの処理モジュール（２）の流出を作動させ、前記流出が、同時に、製造目的でこの処理モジュールの下流に直接接続される更なる処理モジュール（２）の流入であるように設定され、前記少なくとも３つの処理モジュール（２）は、互いに直列に接続されており、前記少なくとも３つの処理モジュール（２）のうちの互いに隣接する２つの処理モジュール（２）は、弁（５）を介して互いに接続されており、前記弁（５）は、前記互いに隣接する２つの処理モジュール（２）のうちの上流側のものに設けられた前記電子デバイス（３）に通信可能に接続されており、前記弁（５）に通信可能に接続された前記電子デバイス（３）は、前記弁（５）を開くよう指示する、
   化学製品および／または医薬製品を製造するための製造プラント（１）。
5. 少なくとも１つの処理モジュール（２）が、この処理モジュール（２）の前記材料の前記充填レベルを検出し、この処理モジュール（２）の前記電子デバイス（３）に通信目的で接続される、少なくとも１つの充填レベルセンサ（６）を有し、前記電子デバイス（３）が、前記充填レベルセンサ（６）によってそれぞれ検出される前記材料の充填レベルから、前記処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、前記処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量を決定するように設定されることを特徴とする、請求項４に記載の製造プラント（１）。
6. 少なくとも１つの処理モジュール（２）が、この処理モジュール（２）の前記圧力を検出し、この処理モジュール（２）の前記電子デバイス（３）に通信目的で接続される、少なくとも１つの圧力センサを有し、前記電子デバイス（３）が、前記圧力センサによってそれぞれ検出される前記圧力から、前記処理モジュール（２）の中にそれぞれ存在し、前記処理モジュール（２）によって処理される前記材料の量を決定するように設定されることを特徴とする、請求項４または５に記載の製造プラント（１）。
7. 上流の処理モジュール（２）に対する流出を形成し、同時に、この処理モジュール（２）の下流に接続される処理モジュール（２）に対する流入を形成する各ライン（４）上には、前記上流の処理モジュール（２）または前記下流の処理モジュール（２）の前記電子デバイス（３）に通信目的で接続される、少なくとも１つの弁（５）が配設されることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の製造プラント（１）。
   
   

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