Batch Prozess

Was ist Batch?

Was ist Batch? Wofür steht Batch? Batch ist Englisch und heißt übersetzt Stapel, Bündel, Charge. 
In der Automatisierung bezeichnet man mit Batch Prozesse, die als „Charge“ – also streng nacheinander – abgearbeitet werden. Außerdem: Der Batch Prozess ist ein diskontinuierlicher Prozess.

Was genau bedeutet das? In der Prozessautomatisierung gibt es grundsätzlich zwei Prozesse, wenn man den zeitlichen Ablauf betrachtet. Den kontinuierlichen Prozess und den diskontinuierlichen Prozess. 

Kontinuierlicher Prozess 

Der kontinuierliche Prozess läuft ohne Unterbrechungen ab. Es ist ein Fließprozess, das heißt es gibt einen ständigen Zu- oder Abfluss von Material, Energie oder Information. Der Verlauf im jeweiligen Teilprozess ist meist linear. Kontinuierliche Prozesse werden bei der Verarbeitung großer Mengen mit wenigen Produktwechseln bevorzugt. Ein Beispiel ist hier ein Kraftwerk, welches Strom produziert.

Diskontinuierlicher Prozess

Ein diskontinuierlicher Prozess bzw. die Batchverfahren sind Chargenprozesse (Batch Control). Bei Batch erfolgt der Einsatz von Material oder Stoffen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, und zwar portionsweise und nicht linear im jeweiligen Teilprozess. Diese Batch Prozesse bestehen üblicherweise aus Phasen. In der chemischen Industrie bedeutet das beispielsweise, dass das Produkt durch einen oder mehrere Reaktoren läuft und dort so lange verbleibt, bis die Reaktion abgelaufen ist und der nächste Produktionsschritt vollzogen werden kann. Bei Batch ergeben sich üblicherweise mehr Wartezeiten als beim kontinuierlichen Prozess, die sich bspw. durch Reinigung vor der nächsten Charge ergeben können. Der Chargenprozess bzw. Batch Prozess ist meist für Spezialprodukte notwendig. 
Der diskontinuierliche Prozess ist im Vergleich zum kontinuierlichen Prozess wesentlich komplexer, er muss mehr dokumentiert werden und die Anforderung an die Automatisierung ist höher. Alle Änderungen im Prozess müssen genau dokumentiert werden. 

Für solche Batch Prozesse gibt es unterschiedliche Batch Lösungen. 

Woraus besteht der Batch Prozess?

Innerhalb von Batch gibt es grundsätzlich ein Rezept, welches entscheidend ist für das Endprodukt. 
Das Rezept bildet auch die Ausgangsbasis zum „Bau“ des Batch Prozesses mit den unterschiedlichen technischen Applikationen/Equipment.
Das Rezept und seine Abfolge wird in kleinen Batch Teilprozessen definiert und in Module bzw. Units eingeteilt. Im Grunde genommen wird der ganze Batch Automatisierungsprozess modular aufgebaut. Genau diese Modularität ermöglicht Flexibilität und Wiederverwendbarkeit von einzelnen Komponenten (=Units). 

Aber wie wird ein Batch Prozess aufgebaut?

Bei der Planung eines Batch Prozesses tauchen viele Fragen auf und die Schwierigkeit besteht darin, den „Wald vor lauter Bäumen“ noch sehen zu können. 

Aus diesem Grund wurde der Standard ISA 88 definiert. Dieser Standard ordnet die Dinge der Batchverfahren und macht Vorgaben für die Strukturierung von Batch Prozessen. Dies beinhaltet der Standard ISA 88:

Eine gemeinsame Sprache. Also eine klare Definition für „was ist was?“. So sprechen alle Mitarbeiter „die gleiche Sprache“. Das betrifft die Konstruktion, den Betrieb und die Kontrolle des Batch Prozesses. 

Gute Herstellungspraxis. Bestimmte Qualitätsanforderungen sind für Batch Anlagen hinsichtlich Konstruktion und Betrieb definiert.

Modelle und Terminologien. Zur Verbesserung der Kontrolle und des Ablaufs von Batch Prozessanlagen wurden außerdem Modelle und Terminologien definiert. 

Definition ISA 88
„ANSI/ISA-88 ist eine Norm für die chargenorientierte Fahrweise (Batch Control), die häufig als S88 (…) bezeichnet wird. Sie ist eine Designphilosophie für Software, Ausrüstung und den Verfahrensablauf“ und basiert auf der  Namur Empfehlung NE33. „Teil 1 wurde 1995 durch ISA freigegeben. ISA-88 wurde durch die IEC als IEC 61512 übernommen. Die Norm ist in Deutschland als DIN-Norm DIN EN 61512 veröffentlicht. Basierend auf ISA-88 existiert mit ISA-95 auch eine Norm für die Unternehmens- und Betriebsleitebene.“
(Quelle wikipedia:  https://de.wikipedia.org/wiki/ISA-88 ) 

Inhalte des Standards ISA 88

Um einen erfolgreichen Batch Control Prozess zu entwickeln, müssen drei wichtige Fragen beantwortet werden:

1. Wie wird das Produkt hergestellt? → Batch Rezept 
2. Welche Geräte (z.B. Reaktor, Mischer) sind erforderlich, um das Produkt herzustellen? → Batch Equipment
3. Wie wird das Equipment eingesetzt? → Batch Steuerungsaktivitäten

Erfahren Sie, wie ein Batch Prozess aufgesetzt wird anhand der Bestandteile des ISA 88.