Ottimizzare la produzione dei prodotti fitosanitari con il digital thread

Prestazioni leader per un successo crescente

A causa di fattori quali l’imprevedibilità del tempo, il controllo di parassiti ed erbe infestanti, l'andamento dei prezzi di mercato e la scarsità di risorse naturali, il settore dell’agricoltura è sempre stato complesso. Oggi, i coltivatori di tutto il mondo devono poter fare affidamento su strumenti sicuri e affidabili per controllare le potenziali malattie. Fungicidi innovativi e altamente efficienti sono fondamentali per gestire in modo sostenibile le malattie fungine, garantendo al contempo una buona resa e qualità.

In quanto azienda leader nel settore chimico e nella produzione di fitofarmaci, BASF è un partner affidabile per gli agricoltori da oltre un secolo. Il portfolio di BASF comprende sementi e tratti vegetali specificamente selezionati, protezione chimica e biologica delle colture, soluzioni per la gestione del suolo, la salute delle piante, il controllo dei parassiti e l'agricoltura digitale.

BASF ha sede a Ludwigshafen, in Germania, dove gestisce più di 200 siti produttivi a livello mondiale, producendo migliaia di prodotti commerciali per diverse applicazioni. Tra questi vi è Xemium®, un fungicida attivo e sicuro per l’ambiente, che combina un'elevata attività intrinseca contro una serie di funghi e una mobilità unica all’interno della pianta, che ne garantisce il pieno assorbimento. Ciò si traduce in una protezione elevata delle colture e di conseguenza una maggiore resa, aiutando i coltivatori a combinare la redditività con la protezione dell'ambiente.

La produzione di Xemium è attiva 24/24, 365 giorni all'anno e prevede processi continui e discontinui, nonché analisi di laboratorio per il controllo della qualità e il confezionamento a fine linea.

Mancanza di integrazione tra i sistemi

BASF elabora e confeziona Xemium e altri prodotti correlati nel proprio impianto di produzione, operativo 24/7. Si tratta di processi continui e batch, con cicli di produzione a lotti che durano diversi giorni. A fine linea, il prodotto viene versato in grandi sacchi per essere spedito ad altri siti produttivi per un'ulteriore lavorazione.

Il team di BASF ha utilizzato un processo completamente autonomo per produrre Xemium sin dalla messa in funzione dell'impianto nel 2010. Tutte le parti del sito, così come gli impianti a monte, sono controllate con la suite SIMATIC®, compresa l'installazione del sistema di controllo di processo SIMATIC PCS 7 e del pacchetto software SIMATIC BATCH per un'efficiente automazione dei processi batch.

Le attività in corso di controllo qualità prevedono il prelievo di campioni e l'esecuzione di analisi in un laboratorio in loco. Il team aveva installato il software SCADA SIMATIC WinCC V7 per ottimizzare i processi di controllo della qualità.

BASF si avvale di un software ERP (Enterprise Resource Planning) per creare ordini di processo e ricette di controllo per l'impianto di produzione di fitofarmaci. Fino a poco tempo fa, non esisteva alcun collegamento tra i sistemi. Il sistema SCADA del laboratorio è stato similmente isolato dal panorama software circostante.

Ciò significava che il team doveva stampare e inserire manualmente gli ordini di processo e le ricette di controllo utilizzando l'interfaccia uomo-macchina (HMI) del sistema di controllo. Tale processo richiedeva spesso calcoli di conversione utilizzando strumenti generici come fogli di calcolo e calcolatrici tascabili. I supervisori dovevano inserire manualmente le informazioni sui lotti finiti e sui report di qualità nel sistema ERP. Come le liste di controllo degli imballaggi, questi report erano cartacei.

Opcenter Execution Process funge da hub informativo tra il software ERP e il sistema di automazione dei processi. Comunica inoltre con il sistema di gestione delle informazioni di laboratorio (LIMS, Laboratory Information Management System) e con i dispositivi portatili wireless per il campionamento, la tracciabilità dei materiali e il confezionamento.

Eliminazione del divario digitale

Questo ‘passaggio di dati biomeccanico’, con le sue procedure manuali, richiedeva molto tempo e attività burocratiche supplementari per il personale altamente qualificato”, afferma Maximilian Hierold, Project Operations Manager presso BASF. "Inoltre, era soggetto a errori, in quanto vi era un alto potenziale di deviazioni del processo causate dai flussi di lavoro dei singoli operatori".

Il ritardo nell'inserimento dei report sulla qualità ostacolava la capacità dell'impianto di reagire alle deviazioni del processo. Per quanto riguarda la gestibilità, l'impianto ha prodotto tutte le materie prime utilizzando lotti standard. Mancava inoltre la tracciabilità delle materie prime utilizzate nei processi batch. "Poiché i prodotti confezionati venivano prelevati solo durante i turni diurni nei normali giorni lavorativi, era necessaria una precisa pianificazione della produzione con largo anticipo per evitare che il magazzino in uscita si riempisse", spiega il Dr. Moritz Hofherr, Automation Engineer di BASF.

Questo ha suggerito agli esperti BASF di automazione dei processi di incrementare l'efficienza produttiva introducendo l'integrazione verticale dei sistemi software fino ad allora separati, come parte di un’attività di trasformazione digitale a livello aziendale. In uno studio preliminare, sono stati confrontati possibili concept di soluzione incentrati sul software MES (Manufacturing Execution System) come anello mancante tra SIMATIC BATCH e il software ERP. Sulla base di questi concept, l’azienda ha indetto gare d'appalto per trovare nuove soluzioni.

L'offerta vincente proponeva di utilizzare il software Opcenter™, un portfolio bilanciato e olistico di funzionalità di gestione delle operazioni di produzione (MOM, Manufacturing Operations Management), pianificazione e programmazione avanzate (APS, Advanced Planning and Scheduling), esecuzione della produzione, gestione della qualità, manufacturing intelligence, prestazioni della produzione, nonché gestione delle formule, delle specifiche e del laboratorio. Opcenter e SIMATIC fanno parte di Xcelerator, il portfolio completo e integrato di software e servizi offerto da Siemens Digital Industries Software. L'utilizzo di Opcenter Execution Process ha aiutato il team a creare un livello middleware per colmare il divario digitale tra i sistemi esistenti.

Gli scanner portatili con interfaccia grafica personalizzata supportano i processi che richiedono l'acquisizione manuale dei dati, come il prelievo di campioni o la registrazione del consumo di materiale.

Digitalizzazione end-to-end

Precedentemente noto come SIMATIC IT Unified Architecture Process Industries, Opcenter Execution Process è la soluzione MES di Siemens per i settori dei beni di consumo confezionati, alimentare e chimico. L'utilizzo di Opcenter consente alle aziende di incrementare l'efficienza produttiva, migliorare la flessibilità e fornire una qualità eccellente, il tutto basato su una piattaforma all'avanguardia e sulle applicazioni.

Siemens ha aiutato a coordinare un team BASF di progetto per fornire conoscenze tecniche e di processo e per favorirne l’adozione da parte degli utenti. Siemens ha sviluppato una soluzione integrata completa che ha aiutato il team a collegare le tecnologie operative (OT) con le tecnologie informatiche (IT) per dare vita ad un digital twin completo dell'impianto produttivo.

Alla base della soluzione di digitalizzazione della produzione, l'utilizzo di Opcenter Execution Process ha aiutato il team a creare un hub informativo che trasforma gli ordini di processo ricevuti dal software ERP in ricette di controllo da trasferire al sistema di automazione dei processi. L’azienda ha utilizzato il software anche per inviare messaggi di conferma di materiale o di stato al software ERP.

Attraverso Opcenter, hanno creato un MES che crea e invia autonomamente le richieste di campionamento al sistema LIMS e fornisce i risultati delle analisi dal LIMS al sistema di elaborazione batch. L'uso di scanner portatili con un'interfaccia grafica personalizzata supporta i processi che richiedono l'acquisizione manuale dei dati, come il prelievo di campioni o la registrazione del consumo di materiale.

L'utilizzo di Opcenter Execution Process ha aiutato il team a ottenere la copertura digitale dell'intero processo produttivo, compreso l’imballaggio a fine linea. Gli addetti utilizzano scanner portatili per elaborare le liste di controllo per la compilazione. Sulla base di queste voci, il MES attiva anche i processi di spedizione nel sistema ERP, compresa la stampa delle etichette per i container.

"L'integrazione verticale ha colmato il divario digitale che separava i nostri sistemi software tecnici e aziendali", spiega Hofherr. "L'utilizzo di Opcenter Execution Process ci ha permesso di tracciare il digital thread dell'intero processo produttivo di questo prodotto fungicida, progettato per promuovere un'agricoltura sostenibile ad alto rendimento."

Utilizzando Opcenter insieme a misure quali la modifica della definizione delle formule, questa soluzione ha offerto notevoli vantaggi, tra cui una maggiore efficienza produttiva. Ha rimosso l'inserimento manuale dei dati, eliminando errori e ritardi. La coerenza dei dati che ne deriva garantisce la piena trasparenza della produzione, facilita il controllo dell’impianto e consente interventi tempestivi, migliorando la stabilità del processo e la qualità del prodotto. "L'utilizzo della digitalizzazione end-to-end ha ridotto i tempi di produzione dei lotti del 5-10%", spiega Hierold. "Inoltre, ha permesso ai nostri supervisori di produzione di risparmiare fino a cinque giorni al mese spesi in attività burocratiche supplementari.”

La digitalizzazione è stata anche la chiave per il successo dell'implementazione del sistema durante la pandemia COVID-19. Ciò ha richiesto l’adozione di metodi da remoto per tutti i lavori di installazione del software, i test, la formazione e il commissioning. “Gli esperti Siemens coinvolti in questo progetto di collaborazione hanno usato le loro competenze elevate per garantirne il completamento, soddisfacendo le nostre aspettative”, afferma Hierold. “Visto il successo ottenuto, sono stati avviati in BASF progetti simili che utilizzano Opcenter per l'integrazione verticale”.

Alla fine della linea, il prodotto viene versato in grandi sacchi per essere spedito ad altri siti produttivi per un'ulteriore lavorazione. Tale processo è agevolato dalla compilazione di liste di controllo che utilizzano scanner portatili come dispositivi di input.