目前，化工和制药行业的所有制造商都拥有自己的多用途系统，这些系统同时进行优化。模块化工厂工程旨在消除低效率并加速流程。这能做到吗？该行业目前处于什么位置？其中的驱动力是什么？

最初的愿景：效率和可持续性是关注的中心

模块化工厂建设的核心理念与乐高类似。它为行业提供功能性工艺模块，这些模块可通过标准化自动化接口（模块类型包，MTP）连接并快速集成到新工艺中。通过提供大量可在公司内部和公司之间使用的模块，这将实现完全不同的效率水平。以最快、最高效和最可持续的方式生产用于应用的分子的目标将触手可及。例如，在个性化医疗领域，并不总是需要大量生产，而是需要生产纯度最高的少量产品。模块化工厂建设还可以促进化学工业向 CO ₂中性工艺的转型：使用高效且可持续运行的组件（例如用于电化学转化）替代传统的化石燃料工艺步骤，就像在现有系统中集成高效热泵一样，使用模块化单元可以优雅地实现。

全力前进：标准化和一致性测试

从愿景到现在——MTP 目前在模块化工厂建设中处于什么位置？DECHEMA 模块化专家组主席、Evonik 员工 Frank Stenger 博士解释了模块化自动化接口 MTP 的重要性：“提供物理可用的模块不是问题。要创建灵活的系统，您还需要模块化的自动化技术。”通常，中央控制系统负责控制和调节工厂及其设备。当需要更换组件时，通常还需要更换所有电缆。相反，为了使用可以快速集成的模块化系统，必须将智能集成到“现场”控制和调节的模块中。然后，可以通过单个接口将模块的所有功能传输到中央控制系统，以便与其他工艺模块进行协调。

“为了使该接口在实践中发挥作用并引起化学或制药行业制造商的兴趣，”Stenger 说，“该接口必须独立于制造商。” NAMUR、ZVEI 和 PNO（Profibus 用户组织）的联合工作组自 2023 年夏季以来一直在密切研究 MTP 标准的细节，最新版本预计将于 2024 年秋季发布。在 MTP 旨在作为 PNO 标准映射的六个属性和功能中，最重要的四个现已完成。因此，可以通过 MTP 接口将模块集成到系统中并对其进行寻址和控制。

“事实上，我们现在已经达到了 MTP 可用的阶段，但并不是每个人都在使用它，”Stenger 说道。NAMUR、ZVEI 和 PNO 联合工作组 MTP 委员会负责人、西门子员工 Mathias Maurmaier 博士也证实了这一点：“我们选择了渐进式方法，这意味着有些内容已经涵盖，以便第一批项目可以运行 - 其他内容仍在开发中。这也适用于一致性测试，其标准化规范将在 2024 年底或最迟 2025 年初出台。这是迈向广泛市场部署的重要一步，因为可以测试不同制造商之间的兼容性。”

从能力到行动：转型何时开始

根本性变革需要时间，需要所有利益相关者的积极参与。对于成熟的控制系统制造商来说，过去的任务是开发一个封闭系统并在整个生命周期内提供支持——这是一项庞大但相对简单且可预测的任务。模块化工厂工程改变了参数和整个商业模式，正如 Maurmaier 所解释的那样：“我们现在处理的是一个开放系统，其中集成了来自不同参与者的产品，有时还集成了来自多个供应商的本地控制系统。我们不再谈论传统的控制系统，而是谈论流程编排层 (POL)。它可以管理今天在第一个系统中使用的整个模块池，明天将进行维护，后天将在另一个系统中使用。”

对于模块或 PEA（工艺设备组装）制造商，德国的活动目前被捆绑在 REUNION 资助项目中，该项目将模块制造商、工厂运营商和审批机构聚集在一起。该资助项目的联合负责人、达姆施塔特工业大学的 Peter Pelz 教授解释说：“我们的项目包括许多中小型公司，他们希望在 REUNION 中获得 MTP 方面的专业知识，以便能够在以后为客户提供合适的产品。”重点是硬件、自动化和文档，多特蒙德、德累斯顿和达姆施塔特工业大学与合作公司合作。

“最终，模块化甚至可以作为产品纳入产品组合，并提供给其他行业，”Pelz 说。“通过这种方式帮助塑造未来，停止以模块的方式思考，开始以功能和服务的方式思考，这很有激励作用。例如，一种新的商业模式可能是销售体积流量而不是泵。”

因此，虽然所有市场参与者都在调整各种参数，但大公司的 beta 测试已经开始说服内部利益相关者实现商业系统。Sebastian Härtner 活跃于 DECHEMA 模块化专家组，受雇于默克公司，他坚信这种努力是值得的：“在我看来，模块化工厂工程是带领我们在化学和制药行业前进的技术。我们现在有两家供应商在市场上创造使用 MTP 和商业控制系统的机会。到 2024 年中期，我们将看到第一个合格的活性药物成分生产基础设施投入运营。这是迈向未来的正确而重要的一步。

Härtner 用与汽车共享的比较来强调 MTP 的潜力。如今，每个人都有自己的车，因为汽车共享是不切实际的。但如果全自动驾驶汽车和通过应用程序进行的智能控制能够确保每个用户在十分钟内拥有他们所需的车辆，那么他们就不再需要拥有汽车了。“共享经济的这一核心理念也可以通过模块化工厂建设转移到工业领域。流程越标准化，单个模块越可互换，以适应需求，一切就越高效、越可持续。”

法律状况和经济效率

许多项目面临的一个潜在障碍是审批流程通常冗长且成本高昂。这是模块化工厂建设带来推动力的另一个领域，因为它具有巨大的效率提升潜力。Stenger 解释说：“当然，每个生产工厂都需要许可证。但如果我们能获得模块化系统的批准，我们就可以快速行动。”

因此，模块化工厂建设具有许多明显的优势 - 从有可能转向高效和二氧化碳_中性工艺到加速审批流程。然而，就目前情况而言，可能总会有一些领域，基于传统模型的灵活性较低、寿命较长的工厂是正确的方法。Mauermeier 评论道：“如果 24/7 可用性和在运行期间更新的能力是最重要的标准，那么经典解决方案是正确的选择。未来许多其他应用也将采用模块化，我们看到市场份额不断增长。例如，第一个项目是在 2023 年新加坡 MTP 展会上启动的，这一主题在美国生物制药领域变得越来越重要，这证明了这一点。

随着项目数量的增长，如何评估灵活模块化工厂的经济可行性的问题变得越来越重要。为此，DECHEMA 专家组 MODA（模块化工厂）和 COST（成本工程）目前正在编写一份状态报告以提供清晰的信息。Stenger 总结道：“当我规划传统工厂时，范围很明确，我确切地知道未来几年会发生什么。如果我规划模块化工厂，我将拥有很大的灵活性，可以扩大或减少产能——但需要更高的初始投资。在报告中，我们提供了评估这些好处在金钱方面价值的基础，以及如何做出经济合理的决策”。状态报告将在 ACHEMA 2024 上发布。

用于数据交换：DEXPI

将模块集成到用户的生产环境中需要大量的文档。文档的一个重要部分是 P&ID，即管道和仪表图。模块交付时必须以标准化格式提供。DEXPI 已为此开发了一种解决方案。在 Evonik 工作的 DEXPI eV 主席 Michael Wiedau 解释说：“最终，我们需要一个国际标准化的模块化工厂建设数据交换基础，并且必须纳入现有的规范和标准。” ISO 15296 标准已经包含了处理“计算机系统之间的数据集成、共享、交换和传输”的定义，但它对于过程工程的需求来说太宽泛了。 DEXPI eV 副主席兼 Autodesk 员工 Reiner Meyer-Rössl 认为，在迈向新国际标准的道路上，联网极其重要：“我们在 ACHEMA 2022 上发起了流程工业数据模型集成大会 PIDMIC。在此过程中，我们与 VDMA 和 VDI 到 DIN 和 NAMUR 等标准化机构展开了对话。我们将在 ACHEMA 2024 上继续沿着这条道路前进。”

Meyer-Rössl 和 Wiedau 的需求都在增加。DEXPI 自 2023 年起才以独立协会的身份出现，但咨询数量已大幅增加。由于 DEXPI 是一个免费提供的开放标准，因此有许多研究项目和初创公司正在使用它并开发解决方案。“我们不允许谈论具体项目，但我们知道很多项目正在筹备中，新系统正在建设中。然而，没有人愿意让别人看到他们的底牌，以免失去优势。”