Pils, Weizen oder lieber ein Helles? Obwohl die Zutaten, Wasser, Malz, Hopfen und Hefe immer gleich sind, schmecken die Biersorten dennoch unterschiedlich. Ausschlaggebend dafür ist unter anderem der Maischprozess – einer der wichtigsten Vorgänge bei der Bierherstellung. Diesen führen Brauer seit mehreren hundert Jahren in einem traditionellen Verfahren durch. In einem Forschungsprojekt mit der technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) haben Experten der Hochschule und von NTT DATA Business Solutions das Maischen durch intelligente Prozesse und Maschinen optimiert. Wie funktioniert das Bierbrauen 4.0?
NTT DATA Business Solutions
Bierbrauen 4.0: So wird der Maischprozess intelligent
Das Maischen – bisher ein Prozess mit vielen unvorhersehbaren Faktoren
Die Brauer vermischen beim Maischen Getreide und Malz mit Wasser, um Stärke durch Enzyme in Zucker zu verwandeln. Dazu wird das Malz geschrotet und in beheizten Behältern gerührt, bis sich alle Inhaltsstoffe lösen. Die Temperatur beim Erhitzen der Maische muss über bestimmte Zeiträume konstant hoch bleiben, damit die Enzyme richtig wirken können.
Bisher prüfen Labormitarbeiter das Bier am Ende des Herstellungsprozesses in zeit- und kostenaufwendigen Untersuchungen. Die schwankende Qualität der unterschiedlichen Rohstoffe vom Wasser bis zum Gerstenmalz können diese durch Eingriffe in den Prozess allerdings kaum ausgleichen. Deshalb haben die Projektpartner eine digitale Lösung entwickelt, die die Produktqualität online und zuverlässig analysiert. Dabei ist eine Maischanlage entwickelt worden, die den Prozess Closed-Loop steuert. Dafür werden die Daten aus den einzelnen Reaktoren mit Hilfe von Maschineninformationen und hochintensiver Messtechnik in Echtzeit während des Maischeprozesses ausgewertet. Im Anschluss analysiert ein Algorithmus die Daten durch Machine-Learning-Methoden.
Eine alte Tradition zukunftsfähig aufstellen: Das Bierbrauen 4.0
Im Detail funktioniert das so: Sensoren messen kontinuierlich, wie sich die Maischebestandteile zusammensetzen. In alle Reaktoren Bottichen bestimmt jeweils eine Wägezelle das Gewicht, dabei wird das Volumen durch die Dichte der Maische berechnet. In den Bottichen befinden sich sechs Temperatursensoren, in den Leitungen sieben. Hinzu kommen magnetisch induktive Durchflussmesser und ein Nahinfrarot-Spektrometer. Ein Machine-Learning-Algorithmus interpretiert aus dem Fingerprint des Spektrometers den Verzuckerungsgrad. Im Anschluss kalibriert das Projektteam mit den gesammelten Daten Modelle, die aus den Messwerten die Stoffeigenschaften bestimmen. So wird während der Produktion ein virtuelles Abbild der Produkte, der digitale Zwilling, generiert.
Intelligente Prozesssteuerung durch Maschine Learning
Experten von NTT DATA Business Solutions leisten im Rahmen des Forschungsprojektes einen wichtigen Beitrag: Durch die Integration eines Gateways auf Basis des Mini Industriecomputers MICA von Harting und der Anbindung an die SAP Leonardo Cloud, wird der Transfer der Maschinen- und Sensordaten möglich. Nur in der Cloud sind verschiedene Techniken zur Datenauswertung durch Maschine Learning verfügbar.
Bierbrauen 4.0: Von der Forschung in die Praxis
Die Maischanlage mit Closed-Loop-Verfahren bringt viele Vorteile mit sich: Die intelligente Anlage analysiert kontinuierlich mit Maschinendaten und mit Sensordaten die Produktqualität. Manuelle Prüfungen durch Mitarbeiter sowie Auswertungen im Labor können dadurch deutlich reduziert werden. Neben der Kosten- und Zeitersparnis können Brauereien durch den Einsatz der Technologie das Maischen an sich effizienter gestalten. Denn dank der kontinuierlichen Prozessführung erzeugt das neue Verfahren im Vergleich zur klassischen, chargenweisen Produktion um etwa ein Drittel mehr Maische. Zudem ist der Prozess sehr energieeffizient, da er bei isothermen Bedingungen arbeitet und längere Aufheizphasen vermeidet. Die vielen Vorteile sprechen bereits jetzt für das neue Verfahren.
– von Walioullah Ali, Head of Industry Segments Consumer Products and Process Industries, NTT DATA Business Solutions AG &
Steffen Beckhoff-Bumbke, Head of Strategy and Process Consulting, NTT DATA Business Solutions AG –
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