- PMI erzielte 2023 einen Umsatz von 35,2 Milliarden US-Dollar, wobei 39,3 % aus rauchfreien Produkten stammen.
- Das Heat-Not-Burn-Produkt IQOS hat weltweit über 28 Millionen Nutzer, von denen viele vollständig vom Rauchen umgestiegen sind.
- PMI implementiert seit 2017 den OPC UA Standard zur Verbindung heterogener Maschinen und zur Steigerung der Produktionsintelligenz.
- Die Einführung des Speed Management Controllers (SMC) ermöglicht eine optimierte Maschinengeschwindigkeit und höhere Anlagenverfügbarkeit.
Im Jahr 1847 eröffnete Philip Morris ein Geschäft in der Londoner Bond Street. Heute ist PMI ein führendes internationales Tabakunternehmen, das eine dramatische Entscheidung getroffen hat.
PMI baut seine Zukunft auf rauchfreien Produkten auf, die für erwachsene Raucher eine viel bessere Wahl sind als das weitere Rauchen.
Heute ist Philip Morris International (PMI) als einer der weltweit größten Hersteller von Tabakprodukten bekannt. Im Jahr 2023 erzielte PMI einen Jahresumsatz von 35,2 Milliarden US-Dollar. Rauchfreie Produkte machten 39,3 Prozent des gesamten Nettoumsatzes aus.
Laut Jacek Olczak, Chief Executive Officer bei PMI, ist es das Ziel des Unternehmens, bis 2030 ein weitgehend rauchfreies Unternehmen zu sein, wobei mehr als zwei Drittel des Gesamtnettoumsatzes aus rauchfreien Produkten stammen sollen.
Heat-Not-Burn-Produkte
Für eine rauchfreie Zukunft
Seit 2008 arbeitet PMI an der Entwicklung und wissenschaftlichen Bewertung weniger schädlicher rauchfreier Alternativen. Das erfolgreichste rauchfreie Produkt, IQOS, wurde 2014 auf den Markt gebracht. Rauchfreie Produkte werden in den Fabriken von PMI in der Schweiz, Italien, Griechenland, Rumänien, Polen, Korea und Indonesien hergestellt. Die Vision des Unternehmens – die von allen bei PMI geteilt wird – ist, dass rauchfreie Produkte eines Tages Zigaretten ersetzen werden.
Vor zehn Jahren hat PMI einen großen Schritt zur Verwirklichung dieser Vision gemacht, indem es IQOS erstmals für erwachsene Raucher verfügbar machte. In den letzten zehn Jahren hat das Unternehmen sein Portfolio an rauchfreien Produkten kontinuierlich innoviert und erweitert, angetrieben von den Bedürfnissen und Erwartungen der Verbraucher und gestützt auf wissenschaftliche Erkenntnisse. Heute sind seine rauchfreien Produkte in mehr als 80 Märkten weltweit erhältlich und bieten Millionen von erwachsenen Rauchern eine Reihe besserer Alternativen zum weiteren Rauchen.
Heute ist IQOS mit mehr als 28 Millionen Nutzern das weltweit führende Tabakheizsystem. Davon haben etwa 20,8 Millionen mit dem Rauchen aufgehört, während sich die übrigen in verschiedenen Phasen der Umstellung befinden. In Japan, wo IQOS vor zehn Jahren erstmals auf den Markt kam, nutzt fast ein Drittel der erwachsenen Raucher IQOS.
Herstellung von Heat-Not-Burn-Produkten
Heated Tobacco Products (HTPs), auch bekannt als Heat-Not-Burn-Produkte, sind elektronische Geräte, die Tabak erhitzen, ohne ihn zu verbrennen, um ein nikotinhaltiges Aerosol freizusetzen, und Erwachsenen eine bessere Alternative zum weiteren Rauchen bieten. Sie verwenden verbrauchbare Tabaksticks, die vom Verbraucher in das Gerät eingesetzt und nach Gebrauch entsorgt werden.
Erhitzte Tabaksticks (auch als Heated Tobacco Units oder HTPs bekannt) sind verarbeitete Tabakplugs, die zum Erhitzen bestimmt sind. Der Tabakplug wird aus Tabakblättern hergestellt, die gemahlen und zu Tabakblättern, sogenannten Cast-Leaf, verarbeitet werden. Diese Blätter werden dann gekräuselt und zu einem Tabakplug geformt. Die neueste Generation von HTPs verfügt außerdem über ein einzigartiges Metallheizelement, das mit Edelstahl beschichtet ist, um eine effiziente Erhitzung des Tabaks zu gewährleisten.
Die Herstellung von erhitzten Tabakprodukten unterscheidet sich grundlegend von der Herstellung herkömmlicher Zigaretten.
OPC UA Journey
Heterogene Technologien
Einige der älteren Produktionsanlagen von PMI sind nicht für Industrie 4.0 geeignet. Josselin Vallee, Manager für Maschinenintegration und -überwachung bei PMI, beschreibt dies als „Dschungel sehr unterschiedlicher Technologien”. In diesem heterogenen Maschinenpark konnten in der Regel nur fünf Datenpunkte unter Verwendung verschiedener Kommunikationsstandards erfasst werden. Diese wurden hauptsächlich zur Leistungsüberwachung verwendet. Der Einsatz fortschrittlicher Industrie 4.0-Technologie war schwierig.
Um eine nahtlose Produktion über verschiedene Maschinen unterschiedlicher Hersteller hinweg zu ermöglichen, war ein interoperabler Kommunikationsstandard erforderlich. Infolgedessen trat PMI 2017 der OPC Foundation bei und begann mit der Nutzung von OPC UA.
„Wir brauchten eine Möglichkeit, mit unseren Maschinen zu kommunizieren”, erklärt Josselin Vallee. OPC UA stach als Kommunikationsplattform hervor, da es Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) nahtlos miteinander verbindet.
Um den Datenaustausch in der Branche zu beschleunigen, bildeten führende internationale Tabakwarenhersteller, darunter PMI, und die OPC Foundation eine Arbeitsgruppe. Gemeinsam erstellten sie 2017 die Begleitspezifikation „Tobacco Machine Communication“ (TMC), Version 1.0.
Die neueste Version von TMC (Version 2.0) ist seit Juni 2022 verfügbar, nachdem die Erkenntnisse aus der Anwendung der Spezifikation in einer Fertigungsumgebung einflossen. Sie zielt darauf ab, die Anforderungen an den Datenaustausch und die Interoperabilität sowohl für Tabakwarenhersteller als auch für OEMs reibungslos zu gestalten.
In seinen rauchfreien Produktionsstätten nutzt PMI OPC UA für eine intelligentere Fertigung.
„Aufgrund der Einführung und raschen Verbreitung neuer rauchfreier Produkte mussten verschiedene neue Produktionsmaschinen und -prozesse eingesetzt werden. Daher wurde ein universeller Kommunikationsstandard für diese Maschinen zu einer unverzichtbaren Voraussetzung.“
Josselin Vallee – Manager Industrial IoT Standards & Solutions, Philip Morris International
Pilotphase und Simulation
Der Pilot-Anwendungsfall
Im ersten Anwendungsfall wurde eine automatisierte Lösung für die Materialidentifizierung, Rückverfolgbarkeit und Integration entwickelt. PMI integrierte OPC UA und den TMC-Server in eine bestimmte Maschine.
PMI produziert Zwischenmaterialien mit unterschiedlichen Rezepturen und Eigenschaften. Wenn eine nachgeschaltete Maschine diese Materialien erhält, überprüft sie, ob sie mit ihrem Prozessauftrag übereinstimmen. Diese Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften, die Einfluss auf ihre Verarbeitung haben oder zu ungeplanten Ausfallzeiten führen können.
Bisher mussten alle eingehenden Materialien und ihre Etiketten alle vier Minuten visuell überprüft werden. Aufgrund der begrenzten Informationen auf dem Etikett konnte PMI keine Erkenntnisse über die Materialeigenschaften gewinnen. Außerdem war es schwierig, ihre Eigenschaften in den vorgelagerten Produktionsprozessen zu verbessern.
Validierung der Lösung auf Basis von OPC UA
Um diese Probleme zu beheben, entwickelte PMI eine Lösung unter Verwendung von OPC UA und der TMC-Begleitspezifikation. „Die TMC-Begleitspezifikation sammelt Informationen zu Material, Maschine, Leistung und Prozessauftrag an einem Ort. Dies erleichtert den Empfang, die Überprüfung und den Austausch von Informationen.
Jetzt können wir die Materialqualität mit unserem MES-System überprüfen und Material- und Maschineninformationen sammeln, wenn es zu Verarbeitungsproblemen kommt“, erklärt Josselin Vallee. Um die Umstellung auf OPC UA zu beschleunigen, hat PMI mit Aleph Digital Industry zusammengearbeitet, das die Integration zusätzlicher Fertigungs-Mikroservices unterstützt hat.
Globale Einführung
Ermutigt durch den frühen Erfolg des Projekts führt PMI OPC UA nun für neue (native) und ältere (nachgerüstete) Anlagen ein. Ziel ist es, verschiedene Anwendungsfälle für Industrie 4.0 zu ermöglichen.
Nachrüstung mit OPC UA
Die drei wichtigsten IoT-Herausforderungen bei der Umstellung auf OPC UA
Drei Probleme machen die Integration von OPC UA bei PMI zu einer Herausforderung.
Erstens: Die technischen Fähigkeiten und der Aufwand, die für die Implementierung der Begleitspezifikation erforderlich sind, variieren von Gerät zu Gerät und von OEM zu OEM. Dies führt zu Unterschieden in der Einhaltung der Begleitspezifikation. Einige Maschinen in einer Produktionslinie halten sich besser daran als andere.
Die zweite Herausforderung besteht in der Abstimmung der Begleitspezifikation mit den bereits verfügbaren oder von den Geräten in OPC UA- und TMC-Nachrüstungsanwendungsfällen generierten Daten.
Die dritte Herausforderung besteht in der effektiven Verwaltung der erheblichen Datenmengen, die entstehen, wenn Geräte OPC UA- und TMC-fähig sind.
Anpassung an die vorhandenen Maschinenkapazitäten
„Oftmals besteht eine Lücke zwischen den Fähigkeiten einer Maschine, die man nachrüsten möchte, und den Vorgaben der Begleitspezifikation. Einige Teile unseres Informationsmodells sind jedoch leer, da zusätzliche Logik in das Maschinensystem implementiert werden muss, um unsere Spezifikationskonformitätseinheiten zu erfüllen“, erklärt Josselin Vallee. „Bei unserer Umstellung auf OPC UA und TMC geht es nicht ‚nur‘ um die Standardisierung des Datenaustauschs, sondern auch um eine gewisse Standardisierung der Maschinenfunktionalität.“
Datenmanagement
OPC UA in Verbindung mit TMC liefert PMI detailliertere, klarere und häufigere Informationen.
Das Erfassen, Speichern und Verarbeiten großer Mengen von Informationen aus Fertigungsprozessen mit höheren Frequenzen war eine komplexe Herausforderung. Dennoch eröffnet die völlig neue Dimension des Informationsaustauschs, die durch OPC UA ermöglicht wird, große Chancen für skalierbare Industrie 4.0-Lösungen bei PMI.
„Von nur fünf Standarddatenpunkten, die wir in der Vergangenheit hatten, haben wir jetzt Zugriff auf Hunderte, wenn nicht Tausende. Wir haben auch die Häufigkeit des Datenaustauschs drastisch von zweistelligen Sekunden auf einstellige Sekunden erhöht. Das bedeutet einen großen Datenaustausch und führt zu einer starken Belastung der Maschinenhardware und unserer IT-Infrastruktur.“
Josselin Vallee – Manager Industrial IoT Standards & Solutions, Philip Morris International
Geschwindigkeitsmanagement
Maschinenorchestrierung unterstützt durch OPC UA
In der Hochgeschwindigkeitsproduktion ist die Synchronisierung der Maschinengeschwindigkeiten innerhalb einer Produktionslinie von entscheidender Bedeutung. Um die Auswirkungen eines Maschinenausfalls zu verringern, wird ein Teil des Materials zwischen den Maschinen in Materialpuffern gespeichert. Wenn eine Maschine ausfällt, speichern die Materialpuffer das Material aus der vorgelagerten Maschine und versorgen die nachgelagerte Maschine damit. Dadurch wird verhindert, dass die gesamte Linie zum Stillstand kommt.
„Puffer können jedoch nur begrenzte Mengen an Material speichern. Die Geschwindigkeit der Maschinen, die diese Puffer nutzen, hat Einfluss darauf, wie lange es dauert, bis das Material aufgebraucht ist und die gesamte Linie zum Stillstand kommt“, erklärt Josselin Vallee.
Reduzierung der Puffermaterialmenge
Traditionell steuerte PMI die Maschinengeschwindigkeit anhand des Maschinenstatus, basierend auf den Füllständen der Puffer und visuellen Beobachtungen.
In den letzten Jahren hat PMI die Größe der Puffer in seinen Produktionslinien reduziert. „Mit kleineren Puffern mussten wir die Geschwindigkeitssteuerung der Anlagen bei Ausfällen verbessern, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten. Es reichte nicht aus, einfach auf der Grundlage der Pufferfüllstände zu handeln und sich auf die sofortige Reaktion unserer Bediener zu verlassen. Wir brauchten intelligentere Steuerungen.“
Der Geschwindigkeitsmanagement-Controller
Um dieses Problem zu lösen, beauftragte PMI Aleph Digital Industry mit der Entwicklung einer robusten, skalierbaren und anpassungsfähigen Edge-Lösung zur Steuerung von Maschinen ausschließlich über OPC UA.
„Aleph hat für PMI den Speed Management Controller (SMC) entwickelt, der auf einem Edge-Controller neben den Maschinen läuft“, erklärt Diego Paccagnan, CEO von Aleph Digital Industry. Der SMC lernt kontinuierlich aus den Betriebs- und Ausfallzeiten jeder Maschine, überwacht die Pufferstände und sagt bevorstehende Stopps oder Neustarts voraus. „Auf der Grundlage dieser Informationen passt der SMC die optimale Geschwindigkeit für jede Maschine an und minimiert so Blockaden oder Engpässe“, sagt Diego Paccagnan.
Mit OPC UA und TMC in neu aktivierten Geräten wird die Koordination der Maschinengeschwindigkeit in Produktions- und Verpackungslinien präziser. Entscheidungen können auf der Grundlage einer großen Anzahl von Datenpunkten getroffen werden. Dies führt zu einer längeren mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen und einer erhöhten Betriebszeit, selbst bei hochautomatisierten Maschinen.
PMI implementiert SMC nun weltweit und nutzt dabei die Interoperabilität des OPC UA-Kommunikationsstandards und die TMC-Begleitspezifikation für Skalierbarkeit.
