SunOpta の Oatbase 拡張権

Nov 19, 2023

オペレーターは、生産フロアに 5 つある HMI のうちの 1 つからの生産データを記録および検証します。ヒストリアンデータベースシステムは、レポート、傾向、分析のためにオートベースの生産データを維持します。

サンオプタのオーツベースの最初の原料である認定グルテンフリーオーツは、ラックに入れられ、保管され、製造を待っています。

ミネソタ州アレクサンドリアにあるサンオプタの新しいオートベース製造施設のドローンで撮影された航空写真。

完成したオートベースは、タンカーに積み込まれるまで、2 つの大きなサイロのうちの 1 つに保管されます。上の写真では、移送配管が頭上のパイプブリッジに含まれており、背景に示されているロードアウトベイに含まれるバルブクラスターを介してサイロに充填されます。

SunOpta のオートベース生産システムは完全に自動化されており、生産フロアにある 5 つのヒューマンマシンインターフェイス (HMI) のいずれかからアクセスできます。ここでは、チームリーダーがオペレーターに制御機能をデモンストレーションします。

SunOpta のオートベースは、保管スペースを節約し、輸送コストを削減するために、蒸発によって固形分 40% に凝縮されています。

オーツ麦は、バッチングタンク内で水およびその他の微量成分と混合され、オーツベースが生成されます。

オーツミルクは人気の植物ベースの飲料に成長しており、サンオプタのオーガニック、非遺伝子組み換えスナックおよび植物ベースの飲料の製品ラインにぴったりと適合しています。

同社は2018年に市場に参入したが、ミネソタ州アレキサンドリアの施設では穀物ベースの製品に対する飽くなき需要に対応できないだろう。 SunOpta は既存の施設と機器で短期的にはやりくりできましたが、何かが必要でした。

したがって、これは、何年も半分空のままになる可能性のある巨大な拡張の物語ではありません。むしろ、これは、SunOpta の現在および将来のニーズを満たす、つまり SunOpta に完璧にコスト効率よく適合する、慎重に考え抜かれたアドオン機能の物語です。そして、エンジニアリングの観点から見たもう 1 つの優れた点は、機器、ハードウェア、およびソフトウェアのモジュラー設計のおかげで、SunOpta が地理的な場所で別のラインを開始したい場合、そのラインをプラグアンドプレイ方式で複製できることです。必要。

なぜオーツミルクなのか？オートミールは、タンパク質、可溶性繊維、その他の栄養素が豊富に含まれているため、最も健康的な朝食食品の 1 つです。実際、あなたも医師から聞いたことがあるかもしれません。では、なぜオーツミルクを使わないのでしょうか？アレルゲンを例に考えてみましょう。ナッツフリー、乳製品フリー、大豆フリー、天然グルテンフリー（認定されている限り）、そしてビーガンです。

サンオプタの植物ベースの食品および飲料の研究開発担当バイスプレジデントであるブライアン・クラーク氏は、認証は重要であると述べています。オーツ麦自体にはグルテンや上記のアレルゲンは含まれていませんが、認定グルテンフリー製品を製造する企業は、受け取るすべての原材料に小麦や大麦などのグルテンを含む穀物が混入していないことを確認することが重要です。

この汚染は、適切に清掃されていない場合、トレーラー、鉄道車両、穀物エレベーターで発生する可能性があります。したがって、グルテンフリー認証を維持するには、出荷者がオーツ麦粒が他の穀物から汚染されていないことを確認することが非常に重要です。入荷するオート麦の分析証明書 (COA) を信頼しますか? 検証したほうが良いです。サンオプタはサプライヤーと協力して、サンオプタの積み込みドックに配送する前にすべてのオート麦をスキャンしました。

サンオプタのアレクサンドリア施設では、敷地内でオーツミルクを瓶詰めしていませんが、瓶詰め業者が使用する製品を製造しています。エバミルクのようなものだと思ってくださいが、オートミールを加水分解したものです。「SunOpta オーツベースは、オーツ麦特有のほんのり甘い風味を持つ、薄茶色または黄褐色を特徴とする液体濃縮物です」とクラーク氏は言います。

「オーツベースは丸ごとロールドオーツから始まり、酵素処理によって分解され、不透明なオーツベースの液体になります」とクラーク氏は付け加えた。「私たちは液体オートベースを濃縮して、輸送コストとオートベースに必要な保管量を削減します。」

どう見ても、バッチプロセス (最初は本館にあり、現在は新施設にあります) は継続的であるため、すべての製品のサンプリングとモニタリングは、プロセスと条件 (COA の生成に使用) を検証するために行われます。各成分は個別に計量されてバッチシステムに入れられます。「一貫性と信頼性を高めるために、私たちはプロセス内の対策と管理に依存しています」とクラーク氏は言います。

顧客の需要が急速に増加する中、SunOpta は既存のシステムの出力を 4 倍にしようとしました。しかし、それは可能でしたか？クラーク氏のチームはいくつかの可能性を検討しました。

同氏は、SunOpta は当初、既存システムの継続的な改善、つまりボトルネックの解消、速度/スループット、CIP/衛生管理の最適化に重点を置いていたと述べました。「容量拡張プロジェクトを開始する前に、既存のシステムでシフトと労力を最大限に活用していました。」

「私たちは、初期の生産システムからの生産量を最大化するために、2019年中にいくつかの小規模なプロジェクトを実行しました。さらに、オートベースの生産能力を増やすために、ポートフォリオ内のいくつかの小規模な非オートベースを撤退しました」とクラーク氏は付け加えました。

全体として、現在のビジネスを維持し、新規顧客と既存顧客の両方の成長を可能にするためには、生産能力拡張プロジェクトが不可欠でした。そして、既存のシステムを最大限に活用するために講じた措置は無駄ではありませんでした。「新しいプロセスの設計を開始する際、既存のシステムから学ぶという利点がありました。問題点やレートリミッターなどは、新しいプロセスとシステムの設計要件となりました」とクラーク氏は言います。

クラーク氏と彼のチームは、現在の 4 つの壁ではもはやオーツベースを作るのに十分なスペースを提供できないため、外部の専門知識を活用する時期が来たと認識しました。この結論に至った要因には次のものが含まれます。

サプライヤーやエンジニアリング会社と長年にわたってうまく仕事をしてきた人なら、そのような継続的な関係の価値を知っているでしょう。 SunOpta も同様で、状況を調査し、いくつかの解決策を考え出すために Dennis Group を選択しました。

「私たちは、無菌加工および包装工場の 1 つでの以前のプロジェクトから、デニスグループについては確かによく知っていました」とクラーク氏は言います。「飲食分野における彼らの評判とプロジェクトのポートフォリオは、意思決定プロセスの重要な側面でした。デニス・グループが持つ深くて幅広い専門知識とスキルにより、彼らはこのプロジェクト（建設）における私たちのニーズを満たす真のターンキーソリューションプロバイダーとなりました。」、プロセスと自動化）。

サンオプタがより多くのスペースが必要であるとどのように判断したのかと尋ねられたところ、クラーク氏は、製造工場の設置面積は今も昔もかなり限られており、つまり満杯で限界に達していると述べた。「私たちはプロジェクトの初期段階から、このプロジェクトには『新しい』フットプリントが必要であることを知っていました。」クラーク氏のチームは、既存のプロセスエリアを再利用するとともに、能力拡張プロジェクトのために倉庫スペースを引き継ぐことを検討しました。

「SunOpta チームは、既存の工場内の倉庫スペースを特定し、それに応じて改修できる可能性がありましたが、より詳細な検討の結果、このスペースが操業上失われること、衛生的な設計を確保するための改修コスト、調整上の懸念 (つまり、既存の食品施設内の建設) )、資材/人員の流れは理想的ではありませんでした」と、デニスグループのプロセスエンジニアであるカーステンカーシュ氏は述べています。

クラーク氏は、既存のプロセス領域を再利用することも検討したが、すぐにその考えをやめたと述べた。「最終的には、日常業務が中断される可能性と実行時間が増加する可能性を考慮して、再利用または倉庫スペースではなく、新しい設置面積を構築するという決断を下しました」とクラーク氏は言います。

「したがって、敷地の未使用部分を北に拡張することが最も現実的であり、プロジェクトの目標をより効果的に達成できました」とカーシュ氏は言います。「9,600 平方フィートの新たな拡張により、業務への影響を最小限に抑えながら、専用の衛生施設を追加建設することが可能になりました。」

クラーク氏によると、この新しく追加された施設は、独自の空気処理 (HVAC) システムを備えた独立した施設であり、元の建物とは通路で接続されているだけで、施設間を移動する際にミネソタ州の天候を避けることができるという。

ミネソタ州の気候は、建設に多くの課題をもたらします。「ミネソタ州での冬から春（場合によっては秋）の建築には、大雪や深い霜柱など、潜在的な課題が山積しています」とサンオプタのクラーク氏は言う。

「私たちはデニス・グループと緊密に協力して、この期間中の建設に伴うリスクの計画と評価を行いました」とクラーク氏は付け加えます。「プロジェクトのスケジュールを確実に遵守するための、緊急事態を考慮した優れた計画がありました。」

「建設への全体的なアプローチは、建物の外部 (壁と屋根) を完成させて、内部の溝、排水管、配管の調整、およびコンクリートの床の流し込みを行うことでした」とクラーク氏は言います。構造橋脚の作成と配置を可能にするために地面を解凍するには、慎重な計画と調整が必要でした。次に、現場に到着するためのプレケースパネル (外壁) の計画と準備、および屋根を支える準備を時計のように進める必要がありました。

その間ずっと、新型コロナウイルス感染症によって物事は楽になりませんでした。デニス・グループのカーシュ氏によると、まずデニス・グループのチームは、新型コロナウイルス感染症期間中に出荷された機器の故障率が増加し、納期が増加していることを発見したという。変性スキッドはイタリアから、蒸発器スキッドはデンマークのコペンハーゲンから来ていました。「主に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に関連して両方の装置に遅れが生じました。蒸発器スキッドでは約 3 週間、変性スキッドでは約 5 週間の遅れがありました」とカーシュ氏は言います。

COIVIDによってもたらされた課題は遅延だけではありません。「サプライヤーの主要担当者が海外から米国に渡航できなかったため、試運転とチェックアウトが課題でした」とカーシュ氏は言います。「そのため、FAT は不可能でした。ベンダーからの新しいチームはシステムに不慣れだったため、起動時間がさらに長くなりました。」

「通常であれば、私たちは 5 月から 6 月にかけてベンダーの現地に赴き、建設レビューとベンダー受け入れテスト (VAT/FAT) を行う予定でした」とクラーク氏は言います。「私たちは、デニスグループの責任者 (機能) およびベンダーと緊密に連携して、『典型的な』 VAT 活動のほとんどを仮想的に実施しました。3 次元モデルと複数の長時間の仮想セッションは役に立ちましたが、追加の時間を十分に予測し計画していました。機器がプロジェクトサイト（工場）に到着したときのプロジェクトスケジュールに記載されています。」

SunOpta のプロセスは、生のオーツ麦のスーパーサックを原料として受け取ることから始まり、生のオーツ麦が空気圧で運ばれて計量されてバッチタンクに送られ、そこでオーツ麦が水やその他の微量成分と混合されます。混合物は保持タンクに移動し、そこで酵素変換によって分解されてから、オーツ麦の不溶性部分が分離されます。熱変性は、エバポレーターでオート麦混合物を固形分 40% に濃縮する前に起こります。最後に、製品は冷却され、大量に出荷できるように準備されます。

古いシステムの制御はいくぶんばらばらで、特定の機器が個別に制御されていましたが、プロセス全体の制御を一元的に調整するポイントはありませんでした、とクラーク氏は言います。このプロセスを最新の制御標準に準拠させるために、SunOpta のチームは Dennis Group と協議して、新しいシステムに対する要望とニーズを解決しました。

「最初のプロセスのレビューと、SunOpta Teams (運用および保守) との話し合いの結果、新しいシステムで改善したい領域がいくつかありました」と、Dennis Group の制御エンジニア、Josh Nichols は述べています。たとえば、次のようなものが含まれます。

デニスグループは、SunOpta チームのリーダーと協力し、以下に特定される領域に対するソリューションを実証しました。

Nichols と Kirsch は、Dennis Group と SunOpta チームがプロジェクトを成功裏に完了するために取り組んだその他の重要なポイントについて概説しました。

サンプリング - 通常の流量、温度、圧力のフィードバックは別として、古いシステムでは直接インライン製品サンプリングを実現できませんでした。 SunOpta 品質チームと DG は、プロセス全体を通じて重要な品質ポイントに手動サンプルバルブを特定し、配置しました。

プロセス制御 - まず、プロセスを制御する重要な方法は、原料を正確に投与し、一貫した温度と流量を制御することから始まります、とキルシュ氏は言います。

「再現可能な製品品質を達成するために、質量計、減量フィーダー、最適化された PID 制御を組み合わせて使用しました」とニコルズ氏は言います。 SunOpta 品質チームは立ち上げ時に、材料の割合、調理時間、移送速度を調整して、一貫した製品を提供するだけでなく、連続プロセスを確保するためにラインのバランスも調整しました。

第二に、プロセスを制御する上で重要なのは、ベンダーのスキッドとのコミュニケーションと異常な状態の処理です、と Kirsch 氏は付け加えます。たとえば、供給タンクが空になると、ベンダーの上流および下流システムは、システムが回復するまで「給水モード」または「休止状態」になります。

新しい制御システムには、制御を最適化するために変更できる複数の設定値パラメータがあります。つまり、温度設定値、調理時間、レシピ設定値、アラーム制限などは、実際の実行時パラメータとラボデータに基づいて起動中常に最適化され、一定の製品を実現します。このシステムには機器からのフィードバック (バルブの状態、モーターのフィードバックなど) もあり、資産の状態を提供するとカーシュ氏は言います。

トレーニング - このシステムの立ち上げが迅速かつ成功した大きな理由は、オペレーターが製品テストの初日から慣れ親しんでおり、オーナーシップを持っていたことです。 Dennis Group と SunOpta のリーダーシップは、徹底したトレーニング文書の作成と、システムの仮想トレーニング環境の提供に取り組みました。仮想環境はシステムのチェックアウトの開始前に展開され、オペレーターとメンテナンスがシステムのインストール前にトレーニング文書に従って作業できるようになりました。

そして、コントロールも完成しました。「高いレベルで言えば、[制御システムは]自動化と制御の点で最先端です」とクラーク氏は言います。「これは当社の製造ネットワークの中で最も洗練されたレベルの自動化です。」また、古いシステムではインライン/アットラインセンシングが不可能でしたが、現在ではこのレベルのセンシングが可能です。クラーク氏は、必要なときにサンプリングポイントが利用できることを知っておくと便利だと言います。

古いラインには依然として手動介入が必要な点がいくつかありました (ただし、その大部分は自動化されていました)。そのため、Clark は、CIP を完全に自動化し、プロセス制御システムに統合することが良いアイデアであると考えました。「私たちは（古いシステムの）現状の一部を利用して、OEM と協力して CIP をより完全に自動化し、新しいシステム/ラインでの手動介入の多くを排除しました。」

新しいプロセスには専用の CIP システムがあるとデニスグループのニコルズ氏は言います。 CIP とプロセスシステムは、生産所要時間を短縮することで生産量を最大化するように設計されています。このシステムは、混合防止バルブと分離された CIP 回路を利用して、生産から CIP にできるだけ早く切り替えます。これは、上流エリアでの生産が終了すると、下流エリアでの生産実行が終了している間に、SunOpta オペレータはすぐに CIP を実行できることを意味します。これにより、CIP は基本的にシステム全体で製品を追跡できるようになり、システム全体が CIP で終了する前に生産を開始できるようになります、と Nichols 氏は付け加えます。

「たとえば、1 つの調理タンクが処理を終了するとすぐに、もう 1 つの調理タンクが処理を完了している間に CIP を実行できます」と Kirsch 氏は言います。「ミックスプルーフ [バルブ] テクノロジーは、生産と CIP が「重複」するため、システムのターンアラウンドタイムを短縮します。」各シーケンスは、PIN チャートを介して HMI システムを通じて完全にカスタマイズ可能です。これにより、プラントは、将来使用される新しい化学反応に基づいて検証または更新に基づいて最適化するための長期的な制御が可能になります。

ハードコーディングされた命令を備えた PLC によって実行される一般的な CIP システムは、プログラマーでも変更するのが困難ですが、新しいシステムではオペレーターが制御できるようになります、と Kirsch 氏は言います。新しい CIP システムインターフェイスにより、これらの設定を可視化できるだけでなく、工場/衛生/品質レベルでの制御が可能になります。最後に、プロセスデータと同様に、すべての CIP 情報は Historian および Vantage point 内で利用できます。

実用的なデータを持つことは運用にとって不可欠でした。クラーク氏は、講じられた手順の概要を次のように説明しました。

Historian と Metrics は、すべての担当者 (オペレーター、メンテナンス、品質など) がシフト、日、生産実行、月、そして最終的には数年分のデータからデータを取得できるようにする 2 つの主要なソフトウェアシステムです、とニコルズ氏は言います。プラント全体に戦略的に配置された 5 つのモニターにはさまざまなディスプレイがあり、さまざまなオペレーターが分析対象に関連するデータを使用できるようになります。システムが提供した実用的なデータに加えて、トラブルシューティングにかかる時間の点で予期せぬ領域の改善が見られました。これらのシステムにより、データの比較やプロセスの変更の追跡が容易になります。

現時点では制御システムは ERP に直接結びついてはいませんが、いくつかの「ハンドシェイク」が確立されているとクラーク氏は言います。たとえば、生産需要は ERP から発生し、生産キャンペーンの制御システムに入力されます。さらに、キャンペーンの生産需要を満たすために、成分、原材料、その他の消耗品が在庫管理システムからスキャンされ、調整されます。

最後に、クラーク氏はこの施設の将来は明るいと考えています。「私たちは新しいシステムに非常に満足しており、最高の日々が私たちの目の前に残っていると信じています。私たちは2021年の始まりにあたり、新しいシステムの可能性を最大限に解き放ち始めています。」

しかし、プロセスを終了した後、使用済みオーツ麦はどうなるでしょうか? クラーク氏はすでに計画を立てています。

「私たちは実際にそれを材料として提供しているところです。これはたんぱく質と繊維の優れた供給源です。ですから、研究開発チームには他にも何人かがそれらを、マフィンやクッキーなどあらゆる種類のおいしい製品に変えようとしています」クラッカーからオーバーナイトオーツまで」とクラーク氏は言います。そして信じられないかもしれませんが、私たちはいくつかの異なる発酵アプリケーションを検討しています。」

おそらく地ビール醸造所で人気のオート麦ベースのスタウトでしょうか？「研究室にはビールを醸造する別のチームがいます。」

しかし、クラークさんは使用済みオーツ麦をすべて使い、無駄を出さないと決意しています。「私たちは将来のある時点で廃棄物をゼロにするつもりです。正確な日付を言うのは難しいですが、私たちはすべての材料を活用しています。」

私はブライアン・クラークに、工場チームのメンバーが新しい施設をどのように気に入っているか、全体的にどのような改善が見られたか、そして上級管理職が新しいシステムをどのように気に入っているかを尋ねました。彼は最初にチームメンバーの利点を挙げています。

Clark 氏によると、全体的な改善点は次のように報告されています。

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