Derecho de expansión de Oatbase de SunOpta

Nov 19, 2023

Un operador registra y verifica los datos de producción de un HMI, uno de los cinco ubicados en el piso de producción. Un sistema de base de datos histórica mantiene datos de producción de base de avena para informes, tendencias y análisis.

Avena certificada sin gluten, la materia prima inicial para la base de avena de SunOpta, trasvasada, almacenada y en espera de producción.

Foto aérea, tomada por un dron, de la nueva planta de fabricación de base de avena de SunOpta en Alexandria, Minnesota.

La base de avena terminada se almacena en uno de dos grandes silos hasta que se carga en camiones cisterna. En la imagen de arriba, la tubería de transferencia está contenida en un puente de tubería elevado y llena los silos a través de un grupo de válvulas contenido en el compartimiento de carga que se muestra en el fondo.

El sistema de producción de base de avena de SunOpta está totalmente automatizado y se puede acceder a él desde cualquiera de las cinco interfaces hombre-máquina (HMI) en la planta de producción. Aquí, un líder de equipo demuestra una función de control a un operador.

La base de avena de SunOpta se condensa a un 40 % de sólidos a través de la evaporación para conservar el espacio de almacenamiento y reducir el costo de transporte.

La avena se combina con agua y otros ingredientes menores dentro de tanques de procesamiento por lotes para producir una base de avena.

Un operador registra y verifica los datos de producción de un HMI, uno de los cinco ubicados en el piso de producción. Un sistema de base de datos histórica mantiene datos de producción de base de avena para informes, tendencias y análisis.

Dado que la leche de avena se ha convertido en una popular bebida a base de plantas, encaja perfectamente en la línea de refrigerios y bebidas a base de plantas orgánicas y sin OGM de SunOpta.

La compañía ingresó al mercado en 2018, pero las instalaciones de Alexandria, Minnesota, no podrían satisfacer la insaciable demanda del producto a base de granos. SunOpta podía arreglárselas a corto plazo con las instalaciones y los equipos existentes, pero algo tenía que ceder.

Así que esta no es la historia de una gigantesca expansión que podría quedarse medio vacía durante años; más bien, es la historia de una instalación complementaria cuidadosamente pensada que satisfaría las necesidades de SunOpta ahora y en el futuro: una opción perfecta y rentable para SunOpta. Y, lo que es genial desde la perspectiva de la ingeniería es que, gracias al diseño modular (equipo, hardware y software), si SunOpta desea iniciar otra línea en cualquier ubicación geográfica, la línea se puede duplicar en modo plug-and-play donde haya una necesidad.

¿Por qué leche de avena? La avena es uno de los alimentos para el desayuno más saludables que puede comer debido a las proteínas, las fibras solubles y otros nutrientes. De hecho, es posible que lo haya escuchado de su médico. Entonces, ¿por qué no la leche de avena? Tome los alérgenos, por ejemplo. No contiene nueces, lácteos, soya, gluten naturalmente (siempre que esté certificado como tal) y vegano.

La certificación es importante, dice Bryan Clark, vicepresidente de Investigación y Desarrollo de Alimentos y Bebidas a Base de Plantas, SunOpta. Si bien la avena en sí misma no contiene gluten ni todos los alérgenos que se acaban de mencionar, es importante que cualquier empresa que fabrique un producto certificado sin gluten verifique que todos los envíos de ingredientes que reciban no estén mezclados con granos que contengan gluten, como trigo o cebada.

Esta contaminación podría ocurrir en remolques, vagones de tren o elevadores de granos si no se limpian adecuadamente. Por lo tanto, verificar que los transportistas eviten que el grano de avena se contamine con otros granos es de vital importancia para mantener la certificación sin gluten. ¿Confiar en un certificado de análisis (COA) en la avena entrante? La verificación es mejor. SunOpta ha trabajado con sus proveedores para escanear toda la avena antes de enviarla a los muelles de carga de SunOpta.

Si bien las instalaciones de SunOpta en Alexandria no embotellan leche de avena en las instalaciones, fabrica un producto que usan los embotelladores. Piense en ello como algo así como leche evaporada, pero es avena hidrolizada. "La base de avena SunOpta es un concentrado líquido caracterizado por un color marrón claro o tostado con un sabor ligeramente dulce característico de la avena", dice Clark.

"La base de avena comienza con copos de avena enteros que se descomponen mediante un proceso enzimático y dan como resultado un líquido opaco a base de avena", agrega Clark. "Concentramos la base de avena líquida para reducir el costo de transporte y el volumen de almacenamiento requerido para la base de avena".

Para todos los efectos, el proceso por lotes (primero ubicado en el edificio principal y ahora en la nueva instalación) es continuo, por lo que todo el muestreo y monitoreo del producto es para verificar el proceso y las condiciones (usado para generar COA). Cada ingrediente se dosifica individualmente en el sistema de procesamiento por lotes. "Nos basamos en las medidas y el control durante el proceso para impulsar la consistencia y la confiabilidad", dice Clark.

Con la demanda de los clientes aumentando tan rápidamente, SunOpta buscó cuadruplicar la producción del sistema existente. ¿Pero era posible? El equipo de Clark analizó varias posibilidades.

Dijo que SunOpta inicialmente se centró en la mejora continua del sistema existente: eliminación de cuellos de botella y también optimización de velocidad/rendimiento y CIP/saneamiento. "Habíamos maximizado los turnos y la mano de obra en el sistema existente antes de comenzar el proyecto de expansión de capacidad".

"Ejecutamos varios proyectos más pequeños durante 2019 para maximizar la producción del sistema de producción inicial. Además, salimos de nuestra cartera con algunas bases sin avena más pequeñas para crear más capacidad para la base de avena", agrega Clark.

En general, un proyecto de expansión de la capacidad era esencial para sostener el negocio actual y permitir el crecimiento con clientes nuevos y existentes. Y los pasos dados para tratar de sacar más provecho del sistema existente no fueron en vano. "Tuvimos la ventaja, cuando comenzamos a diseñar el nuevo proceso, de aprender del sistema existente, cosas como puntos débiles y limitadores de velocidad que se convirtieron en requisitos de diseño para nuestro nuevo proceso y sistema", dice Clark.

Clark y su equipo se dieron cuenta de que era hora de contar con experiencia externa, porque las cuatro paredes actuales simplemente ya no podían proporcionar suficiente espacio para hacer base de avena. Los factores que llevaron a esta conclusión incluyeron:

Si ha trabajado con éxito con un proveedor o una empresa de ingeniería a lo largo de los años, sabe el valor de una relación continua. No fue diferente para SunOpta, que seleccionó a Dennis Group para analizar la situación y encontrar algunas soluciones.

"Ciertamente conocíamos a Dennis Group por un proyecto anterior en una de nuestras plantas de procesamiento y envasado aséptico", dice Clark. "Su reputación y cartera de proyectos en el espacio de alimentos y bebidas fue un aspecto crítico del proceso de decisión. La profundidad y amplitud de la experiencia y las habilidades que posee Dennis Group los convirtió en un verdadero proveedor de soluciones llave en mano para nuestras necesidades en este proyecto (construcción , proceso y automatización)."

Cuando se le preguntó cómo SunOpta concluyó que se necesitaba más espacio, Clark dijo que la planta de fabricación era, y sigue siendo, una huella bastante limitada, lo que significa que está llena y al máximo. "Sabíamos desde las primeras etapas del proyecto que necesitaríamos una 'nueva' huella para este proyecto". El equipo de Clark contempló la reutilización del área de proceso existente, así como la adquisición de espacio de almacenamiento para el proyecto de expansión de capacidad.

"El equipo de SunOpta identificó un espacio de almacenamiento en la planta existente, que podría modernizarse en consecuencia, pero después de una revisión más detallada, la pérdida de este espacio para la operación, los costos de modernización para garantizar un diseño higiénico, problemas de coordinación (es decir, la construcción dentro de una instalación de alimentos existente ) y el flujo de materiales/personal no era el ideal", dice Kirsten Kirsch, ingeniera de procesos de Dennis Group.

Clark notó que incluso contemplaron reutilizar un área de proceso existente, pero pronto abandonaron la idea. "En última instancia, las posibles interrupciones en las operaciones diarias y el potencial de tiempo incremental para ejecutar impulsaron la decisión de construir una nueva huella en lugar de un espacio de almacén o reutilizado", dice Clark.

"Una expansión hacia el norte en una parte no utilizada del sitio fue, por lo tanto, más práctica y abordó los objetivos del proyecto de manera más efectiva", dice Kirsch. "La nueva expansión de 9600 pies cuadrados permitió la construcción de una instalación higiénica especialmente diseñada con un impacto mínimo en la operación".

La nueva adición es solo eso: es una instalación independiente con su propio sistema de manejo de aire (HVAC), solo conectado al edificio original con un pasillo para mantener a las personas fuera del clima de Minnesota cuando se desplazan entre las instalaciones, dice Clark.

El clima de Minnesota crea una serie de desafíos de construcción. "Construir cosas en Minnesota durante el invierno y la primavera (y, a veces, el otoño) está lleno de desafíos potenciales: fuertes nevadas y líneas de heladas profundas, por nombrar algunas", dice Clark de SunOpta.

"Trabajamos muy de cerca con Dennis Group en la planificación y evaluación de los riesgos asociados con la construcción durante este período de tiempo", agrega Clark. "Había un excelente plan con contingencias para asegurar el cumplimiento del cronograma del proyecto".

"El enfoque general de la construcción fue completar el exterior del edificio (paredes y techo) para que pudiéramos acondicionar el interior para excavar zanjas, desagües y tuberías, además de verter el piso de concreto", dice Clark. Descongelar el suelo para permitir la creación y colocación de pilares estructurales requirió una cuidadosa planificación y coordinación. Luego, la planificación y puesta en escena de los paneles de la prefabricación (paredes exteriores) para su llegada al sitio y los preparativos para sostener el techo tuvieron que proceder como un reloj.

Mientras tanto, COVID-19 no facilitó las cosas. Para empezar, el equipo de Dennis Group descubrió que había mayores tasas de fallas en los equipos enviados durante el COVID y mayores tiempos de entrega, según Kirsch de Dennis Group. El patín de desnaturalización venía de Italia y el patín del evaporador de Copenhague, Dinamarca. "Tuvimos retrasos en ambos equipos relacionados principalmente con COVID-19: aproximadamente tres semanas de retraso en el patín del evaporador y cinco semanas en el patín de desnaturalización", dice Kirsch.

Los retrasos no fueron los únicos desafíos provocados por COIVID. "La puesta en marcha y el control fueron un desafío porque el personal clave de los proveedores no podía viajar a los EE. UU. desde el extranjero", dice Kirsch. "Por lo tanto, las FAT no eran posibles. Esto resultó en un tiempo de inicio adicional ya que los nuevos equipos de los proveedores no estaban familiarizados con los sistemas".

"Normalmente, hubiéramos estado en el sitio con el proveedor en el período de mayo a junio para las revisiones de construcción y las pruebas de aceptación del proveedor (IVA/FAT)", dice Clark. "Trabajamos en estrecha colaboración con nuestros líderes de Dennis Group (funcionales) y el proveedor para llevar a cabo virtualmente la mayor parte de las actividades de IVA 'típicas'. Los modelos tridimensionales y varias sesiones virtuales prolongadas fueron útiles, pero anticipamos y planificamos por completo el tiempo adicional en el cronograma del proyecto para cuando el equipo llegó al sitio del proyecto (planta)".

El proceso de SunOpta comienza con la recepción de la materia prima en supersacos de avena cruda, que se transportan neumáticamente y se dosifican en tanques de procesamiento por lotes donde la avena se combina con agua y otros ingredientes menores. La mezcla se traslada a tanques de retención donde se descompone mediante conversión enzimática antes de que se separen las partes insolubles de la avena. La desnaturalización térmica ocurre antes de que un evaporador concentre la mezcla de avena al 40% de sólidos. Finalmente, el producto se enfría y se prepara para su embarque a granel.

Los controles en el sistema anterior estaban algo desarticulados, con controles individuales en ciertas piezas del equipo, pero no había un único punto de coordinación del control de todo el proceso, dice Clark. Para llevar este proceso a los estándares de control modernos, el equipo de SunOpta consultó con Dennis Group para resolver los deseos y necesidades del nuevo sistema.

"En nuestras revisiones de procesos iniciales, y después de hablar con los equipos de SunOpta (operación y mantenimiento), había algunas áreas que queríamos mejorar con el nuevo sistema", dice Josh Nichols, ingeniero de controles de Dennis Group. Por ejemplo, incluyeron:

Dennis Group trabajó con los líderes del equipo de SunOpta y demostró soluciones para las áreas identificadas a continuación:

Nichols y Kirsch describieron algunos otros puntos clave que los equipos de Dennis Group y SunOpta trabajaron para completar con éxito el proyecto.

Muestreo: aparte de la retroalimentación normal de flujo, temperatura y presión, el muestreo directo de productos en línea no se podía lograr en el sistema anterior. El equipo de calidad de SunOpta y el director general identificaron y colocaron válvulas de muestra manuales en puntos clave de calidad durante todo el proceso.

Control de procesos: en primer lugar, la forma clave de controlar el proceso comienza con la dosificación precisa de los ingredientes y el control constante de la temperatura y el flujo, dice Kirsch.

"Usamos una combinación de medidores de masa, dosificadores de pérdida de peso y controles PID optimizados para lograr una calidad de producto repetible", dice Nichols. Durante la puesta en marcha, el equipo de calidad de SunOpta ajustó los porcentajes de ingredientes, los tiempos de cocción y las velocidades de transferencia no solo para ofrecer un producto consistente sino también para equilibrar la línea para garantizar un proceso continuo.

En segundo lugar, también es importante para controlar el proceso la comunicación con los patines de los proveedores y el manejo de las condiciones alteradas, agrega Kirsch. Por ejemplo, si un tanque de alimentación se vacía, los sistemas aguas arriba y aguas abajo del proveedor entran en "modo de agua" o "hibernación" hasta que el sistema se recupera.

El nuevo sistema de controles tiene múltiples parámetros de puntos de ajuste que se pueden modificar para optimizar el control, es decir, puntos de ajuste de temperatura, tiempos de cocción, puntos de ajuste de recetas, límites de alarma que se optimizaron constantemente durante el inicio en función de los parámetros de tiempo de ejecución reales y los datos de laboratorio para lograr productos constantes. El sistema también tiene retroalimentación del equipo (es decir, estado de la válvula, retroalimentación del motor), que proporciona el estado de los activos, dice Kirsch.

Capacitación: una razón importante para la puesta en marcha rápida y exitosa de este sistema fue la familiaridad y propiedad que tenían los operadores desde el primer día de prueba del producto. El liderazgo de Dennis Group y SunOpta trabajó para desarrollar documentos de capacitación exhaustivos y proporcionar un entorno de capacitación virtual del sistema. El entorno virtual se implementó antes del inicio de la verificación del sistema y permitió que los operadores y el mantenimiento trabajaran con la documentación de capacitación antes de instalar el sistema.

Y, los controles han entregado. "A un alto nivel, [el sistema de control] es lo último en términos de automatización y control", dice Clark. "Es el nivel más sofisticado de automatización en nuestra red de fabricación". Y donde el antiguo sistema era incapaz de detección en línea/en línea, ahora es posible este nivel de detección. Clark dice que es bueno saber que los puntos de muestreo están disponibles cuando se necesitan.

Todavía había algunos puntos que requerían intervención manual en la línea anterior (aunque gran parte estaba automatizado), por lo que Clark pensó que era una buena idea tener CIP completamente automatizado e integrado en el sistema de control de procesos. "Aprovechamos algunas de las condiciones actuales (en el sistema anterior) para comprometer a los OEM a automatizar más completamente el CIP y eliminar gran parte de las intervenciones manuales en el nuevo sistema/línea".

El nuevo proceso tiene un sistema CIP dedicado, dice Nichols de Dennis Group. El CIP y el sistema de proceso se diseñaron para maximizar la producción al reducir el tiempo de respuesta de la producción. El sistema utiliza válvulas a prueba de mezclas y circuitos CIP segregados para cambiar de producción a CIP lo más rápido posible. Esto significa que cuando el área aguas arriba finaliza la producción, los operadores de SunOpta pueden ejecutar CIP inmediatamente mientras que las áreas aguas abajo terminan la producción. Esto permite que el CIP esencialmente persiga el producto a través del sistema y permite que la producción comience antes de que todo el sistema termine con CIP, agrega Nichols.

"Por ejemplo, tan pronto como un tanque de cocción termina de procesarse, puede someterse a CIP mientras el otro tanque de cocción continúa terminando", dice Kirsch. "La tecnología de [válvula] a prueba de mezclas ayuda con el tiempo de respuesta del sistema, ya que la producción y el CIP se 'superponen'". Cada secuencia es totalmente personalizable a través del sistema HMI a través de los gráficos PIN. Esto le da a la planta un control a largo plazo para optimizar en función de la validación o actualización en función de la nueva química utilizada en el futuro.

Si bien un sistema CIP típico ejecutado por un PLC con instrucciones codificadas es difícil de modificar incluso para un programador, el nuevo sistema otorga el control a los operadores, dice Kirsch. La nueva interfaz del sistema CIP permite la visibilidad de estos ajustes y pone el control en el nivel de planta/saneamiento/calidad. Finalmente, al igual que los datos del proceso, toda la información CIP está disponible en Historian y Vantage point.

Tener datos procesables era vital para la operación. Clark describió los pasos que se tomaron:

Historian y Metrics son los dos principales sistemas de software que permiten a todo el personal (operadores, mantenimiento, calidad, etc.) la capacidad de extraer datos de turnos, días, ciclos de producción, meses y, finalmente, años de datos, dice Nichols. Hay una variedad de pantallas en cinco monitores ubicados estratégicamente en toda la planta, que permiten que diferentes operadores utilicen los datos relevantes para lo que están tratando de analizar. Además de los datos procesables proporcionados al sistema, se observó un área de mejora inesperada en términos de tiempo para la resolución de problemas. Estos sistemas facilitan la comparación de datos y el seguimiento de los cambios en los procesos.

Si bien el sistema de control no se vincula directamente con ERP en este momento, se han establecido algunos "apretones de manos", dice Clark. Por ejemplo, la demanda de producción proviene de ERP y eso se ingresa en el sistema de control para una campaña de producción. Además, los ingredientes, las materias primas y otros consumibles se escanean desde el sistema de gestión de inventario para satisfacer la demanda de producción de la campaña y luego se reconcilian.

Finalmente, Clark ve brillante el futuro de la instalación. "Estamos muy satisfechos con el nuevo sistema y creemos que nuestros mejores días aún están por delante. Estamos comenzando a desbloquear todo el potencial del nuevo sistema a medida que comenzamos 2021".

Pero, ¿qué pasa con la avena gastada después de salir del proceso? Bueno, Clark ya lo tiene planeado.

"De hecho, estamos en el proceso de ofrecerlo como ingrediente. Es una buena fuente de proteína y fibra, por lo que tengo otras personas en el equipo de investigación y desarrollo que los están convirtiendo en todo tipo de productos deliciosos, desde muffins, galletas, galletas hasta avena durante la noche", dice Clark. Y créalo o no, estamos viendo algunas aplicaciones de fermentación diferentes".

¿Quizás la cerveza negra a base de avena, una de las favoritas en las microcervecerías? "Tengo otro equipo en el laboratorio elaborando cerveza".

Pero, Clark está decidido a usar toda la avena gastada y no desperdiciarla. "Vamos a tener cero desperdicios en algún momento en el futuro. Es difícil para mí decir una fecha exacta, pero estamos utilizando todo el material".

Le pregunté a Bryan Clark cómo les gustaban las nuevas instalaciones a los miembros del equipo de la planta, qué mejoras generales había visto y cómo les gustaba el nuevo sistema a la alta dirección. Primero enumera los beneficios de los miembros del equipo:

Mejoras generales que informa Clark: