DrinkTank – für mehr Digitalisierung in der Getränkeindustrie

Getränke 4.0: Eine ganze Branche muss digitaler werden!

Hopfen, Malz, Hefe, Wasser und … Computerchips? Früher reichten vier Zutaten, um daraus die verschiedensten Biersorten zu produzieren. Aber die Zeiten ändern sich: Wer heute im Getränkemarkt bestehen möchte, muss sich zum Teil neu erfinden – und benötigt dafür die Vorteile der Digitalisierung.  

Denn Konsumtrends und Nachfrage wechseln immer schneller, Produktionsprozesse gestalten sich komplexer, gleichzeitig steigen die Rohstoffpreise, gesetzliche Vorgaben verschärfen sich und: Der Fokus richtet sich zunehmend auf Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein. Insgesamt ergibt sich daraus eine Lage, in der digitale Lösungen und Anwendungen nicht nur als Chance, sondern als unverzichtbare Notwendigkeit begriffen werden sollten.

Netzwerk für mehr Digitalisierung: der „DrinkTank“

Aber wie kann die digitale Revolution auch in der häufig recht traditionell aufgestellten Getränke- und Brau-Industrie Einzug halten? Um diese Frage zu beantworten hat sich unter der Initiative der Universität Siegen der sogenannte „DrinkTank“ gegründet. Dabei handelt es sich um ein unabhängiges Netzwerk, bestehend aus der „SDFS Smarte Demonstrationsfabrik Siegen“ sowie etwa einem Dutzend angesehener Unternehmen und Institutionen. 

Ein starkes Netzwerk lebt von seinen starken Partnern

Für den DrinkTank konnte eine ganze Reihe kompetenter Partner gewonnen werden. Alle Teilnehmenden stammen entweder selbst direkt aus der Branche, agieren als Dienstleister oder sind als Zulieferer für Anlagen und (Digital-)Systeme eng mit der Branche verbunden. 

• TUM School of Life Sciences, die Technische Universität München
• Mensch und Maschine, ein führender Anbieter von Computer Aided Design, Manufacturing und Building
• Kaspar Schulz, der weltweit älteste Hersteller von Brauereimaschinen
• VLB Berlin, die Versuchs- und Lehranstalt für Brauerei in Berlin
• Kieselmann Fluid Process Group, ein Zusammenschluss von Unternehmen aus dem Anlagenbau und der Komponentenfertigung
• Krombacher, eine der führenden Premium-Brauereien Deutschlands
• Micro Matic, Marktführer für Zapfköpfe, Fittinge und Schanksysteme für die Getränkeindustrie
• ifm electronic, Entwickler und Produzent von Sensoren, Steuerungen, Software und Systemen für die industrielle Automatisierung und Digitalisierung
• pmdtechnologies ag, der weltweit führende Anbieter von 3D-Bildsensortechnologien auf Basis des Time-of-Flight Prinzips
• Doemens, das private Ausbildungs- und Beratungsinstitut für die Brau-, Getränke- und Lebensmittelindustrie

KSB als Hersteller von Pumpen und Armaturen für alle Haupt- und Sekundärprozesse in der Herstellung von Getränken spielt in diesem Netzwerk eine ganz zentrale Rolle. Denn zum einen kann KSB hier ganz allgemein sein über viele Jahrzehnte gewachsenes Branchen-Know-how einbringen und zum anderen sieht sich KSB gerade im Bereich der Digitalisierung als Technologie-Vorreiter. KSB hat schon heute eine ganze Reihe digitaler Lösungen im Portfolio, die sich im täglichen Gebrauch bewähren – ob digitales Monitoring via KSB Guard, das Drehzahlregelsystem PumpDrive oder die neue EtaLine Pro mit digitaler Steuerungstechnik. 

Was möchte der DrinkTank erreichen?

Dass die Getränkeindustrie sich digitaler aufstellen muss, ist nahezu branchenweit akzeptierter Konsens. Aber viele Unternehmen zögern noch bei der konkreten Umsetzung, denn die Hürden erscheinen häufig allzu hoch. Und Gelder sowie Ressourcen wollen zielgerichtet und nachhaltig investiert werden. Der DrinkTank hat sich gegründet, um die Herausforderungen und Probleme beim Einstieg in die Digitalisierung zu identifizieren und praxistaugliche Lösungen zu entwickeln – über möglichst alle Stufen des Herstellungsprozesses hinweg. Dafür teilt sich der DrinkTank in zwei Segmente auf:

1. Der Arbeitskreis
   Alle Teilnehmenden des DrinkTanks treffen sich regelmäßig dreimal im Jahr zum zielgerichteten Informationsaustausch, für Workshops und um gemeinsam neue Impulse und Projektideen zu generieren.
2. Das Real-Labor
   Um die erdachten Ideen und Konzepte möglichst verlustfrei und praxisnah zu testen, wird derzeit eine kleine 10hl-Versuchsbrauerei gebaut.

Die Versuchsbrauerei zeigt konkret, wie es klappen kann

Auf dem Campus Buschhütten wird bis Anfang 2024 Jahres eine Mini-Brauerei mit einer Kapazität von 10 hl als Demonstrator und Testumgebung für neue Prozesse und Technologien geschaffen. Sie dient als „Spielwiese“ für die teilnehmenden Unternehmen, um hier die Mehrwerte der digitalen Transformation in der Produktion zu demonstrieren. An der Brauanlage werden darüber hinaus Anwendungen der künstlichen Intelligenz erforscht und erlebbar gemacht sowie reale Testprodukte unter marktwirtschaftlichen Bedingungen in Richtung Effizienz und Nachhaltigkeit hergestellt. Ihren Nutzen wird die Versuchsbrauerei in Kürze an zwei verschiedenen Studien-Projekten unter Beweis stellen:

1. Wie lassen sich Tanks effizienter reinigen?

Die Ausgangssituation

Im Augenblick basiert die Reinigungsdauer von Produkt-Tanks auf Erfahrungswerten und optische Kontrollen der Mitarbeiter. Anschließend findet eine Analyse statt um zu vermeiden, dass sich Reinigungsmittelrückstände im Produkt finden. Optische Kontrollen mithilfe Kameras fehlen, genauso wie eine inline-klinisch-physikalische Erfassung. Auch eine Analyse der Reinigungslauge wird nicht durchgeführt, um den Reinigungsgrad zu messen. Gleichzeitig ist die Reinigung ressourcen- und energieintensiv. Frage: Wir lässt sich die Reinigung mithilfe von intelligenter Sensorik effizienter gestalten?

Das Vorgehen

Das Projektteam wird zunächst ein Konzept erarbeiten, um zu definieren, welche Daten im Reinigungsprozess relevant sind, an welchen Stellen diese gemessen werden können und welche Sensorik hierzu eingesetzt oder entwickelt werden muss. Anschließend erfolgt die Umsetzung an einem Tank der Versuchsbrauerei inkl. Vergleich mit der herkömmlichen Reinigung. Nach erfolgreicher Validierung soll die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Großanlagen sichergestellt werden

Das erwartete Ergebnis

Durch die Optimierung der Tankreinigung soll eine höhere Verfügbarkeit des Tanks erreicht werden. Gleichzeitig sollen weniger Energie, Wasser und Reinigungsmittel für die Reinigung aufgewendet werden und die Reinigung des Tanks soll nachverfolgbar dokumentiert werden können.

2. Wie lassen sich Energieverbräuche präziser überwachen?

Die Ausgangssituation

Für eine optimale Prozessanalyse und -optimierung ist es wichtig zu wissen, wo genau wieviel Energie benötigt und verbraucht wird. Das Problem ist aber: Verbräuche werden meist „global“ über den gesamten Prozess hinweg gemessen, „lokale“ Ergebnisse werden meist nicht erhoben.

Das Vorgehen

Das Projektteam wird hierzu ein strukturiertes Vorgehen beim Energiemonitoring verwenden. Zunächst erfolgt die Prozessmodellierung, um den Energieverbrauch zu verstehen. Anschließend werden vorhandene Messgrößen genutzt und neue Messpunkte definiert. Genaue Prognosen ermöglichen eine Planung der Ressourcenallokation und der künftigen Energieverbrauchstrends. Durch Wechselwirkungsmodellierung werden Auswirkungen verschiedener Maßnahmen analysiert und schließlich erfolgt die Prozesssteuerung, um den Energieverbrauch zu optimieren und Einsparungen zu erzielen. 

Das erwartete Ergebnis

Mittels Energie-Monitorings erwarten die Partner, dass sich der Energieverbrauch im Brauprozess durch die intelligente Steuerung der Energieströme senken lässt. Im Detail lassen sich die Potenziale zurückführen auf die folgenden Punkte:

• Methodik zur Identifikation relevanter Verbraucher und deren Zusammenwirken
• Nutzung der Daten als Prognosewerkzeug
• Feinplanungsalgorithmus

Zusammenfassung

Um die digitale Transformation in der Getränkebranche zu forcieren haben sich gut ein Dutzend Unternehmen und Institutionen unter der Leitung der Universität Siegen zusammengetan und das Netzwerk „DrinkTank“ gegründet. Neben regelmäßigen Zusammenkünften soll vor allem eine kleine Versuchsbrauerei dazu beitragen, Ideen, Lösungen und Konzepte unter Realbedingungen zu testen und weiterzuentwickeln.