Droit d'extension Oatbase de SunOpta

Nov 19, 2023

Un opérateur enregistre et vérifie les données de production à partir d'une IHM, l'une des cinq situées sur le plancher de production. Un système de base de données historique conserve les données de production oatbase pour la création de rapports, les tendances et l'analyse.

Avoine certifiée sans gluten, la matière première de départ de la base d'avoine de SunOpta, stockée, stockée et en attente de production.

Photo aérienne, prise par drone, de la nouvelle usine de fabrication d'avoine de SunOpta à Alexandria, Minnesota.

La base d'avoine finie est stockée dans l'un des deux grands silos jusqu'à ce qu'elle soit chargée dans des camions-citernes. Sur la photo ci-dessus, la tuyauterie de transfert est contenue dans un pont aérien et remplit les silos via un groupe de vannes contenu dans la baie de déchargement illustrée en arrière-plan.

Le système de production oatbase de SunOpta est entièrement automatisé et accessible depuis l'une des cinq interfaces homme-machine (IHM) de l'atelier de production. Ici, un chef d'équipe fait la démonstration d'une fonction de contrôle à un opérateur.

La base d'avoine de SunOpta est condensée à 40 % de solides par évaporation pour conserver l'espace de stockage et réduire les coûts de transport.

L'avoine est combinée avec de l'eau et d'autres ingrédients mineurs dans des réservoirs de dosage pour produire de la base d'avoine.

Un opérateur enregistre et vérifie les données de production à partir d'une IHM, l'une des cinq situées sur le plancher de production. Un système de base de données historique conserve les données de production oatbase pour la création de rapports, les tendances et l'analyse.

Comme le lait d'avoine est devenu une boisson à base de plantes populaire, il s'intègre parfaitement dans la gamme de collations et de boissons à base de plantes biologiques et sans OGM de SunOpta.

L'entreprise est entrée sur le marché en 2018, mais l'usine d'Alexandria, dans le Minnesota, n'a pas été en mesure de répondre à la demande insatiable de produits à base de céréales. SunOpta pouvait se contenter à court terme de l'installation et de l'équipement existants, mais il fallait que quelque chose cède.

Ce n'est donc pas l'histoire d'une expansion gargantuesque qui pourrait rester à moitié vide pendant des années ; il s'agit plutôt de l'histoire d'une installation complémentaire soigneusement pensée qui répondrait aux besoins actuels et futurs de SunOpta - une solution parfaite et rentable pour SunOpta. Et, ce qui est cool d'un point de vue technique, c'est que grâce à la conception modulaire - équipement, matériel et logiciel - si SunOpta veut démarrer une autre ligne à n'importe quel endroit géographique, la ligne peut être dupliquée de manière plug-and-play là où il y a un besoin.

Pourquoi le lait d'avoine ? La farine d'avoine est l'un des aliments de petit-déjeuner les plus sains que vous puissiez manger en raison des protéines, des fibres solubles et d'autres nutriments. En fait, vous en avez peut-être entendu parler par votre médecin. Alors, pourquoi pas du lait d'avoine ? Prenez les allergènes, par exemple. Il est sans noix, sans produits laitiers, sans soja, naturellement sans gluten (tant qu'il est certifié comme tel) et végétalien.

La certification est importante, déclare Bryan Clark, vice-président, R&D Plant Based Foods and Beverages, SunOpta. Bien que l'avoine en elle-même soit exempte de gluten et de tous les allergènes mentionnés ci-dessus, il est important que toute entreprise fabriquant un produit certifié sans gluten vérifie que tous les envois d'ingrédients qu'elle reçoit ne sont pas mélangés avec des céréales contenant du gluten, comme le blé ou l'orge.

Cette contamination pourrait se produire dans les remorques, les wagons ou les élévateurs à grain s'ils ne sont pas correctement nettoyés. Il est donc essentiel de vérifier que les expéditeurs empêchent le grain d'avoine d'être contaminé par d'autres grains pour maintenir la certification sans gluten. Faire confiance à un certificat d'analyse (COA) sur l'avoine entrante ? La vérification est meilleure. SunOpta a travaillé avec ses fournisseurs pour scanner toute l'avoine avant la livraison aux quais de chargement de SunOpta.

Bien que l'usine d'Alexandrie de SunOpta n'embouteille pas le lait d'avoine sur place, elle fabrique un produit que les embouteilleurs utilisent. Considérez-le comme quelque chose comme du lait évaporé, mais c'est de l'avoine hydrolysée. "La base d'avoine SunOpta est un concentré liquide caractérisé par une couleur brun clair ou beige avec une saveur légèrement sucrée caractéristique de l'avoine", explique Clark.

"La base d'avoine commence par de l'avoine entière roulée qui est décomposée par un processus enzymatique et donne un liquide opaque à base d'avoine", ajoute Clark. "Nous concentrons la base d'avoine liquide pour réduire les coûts de transport et le volume de stockage requis pour la base d'avoine."

À toutes fins utiles, le processus par lots (d'abord situé dans le bâtiment principal et maintenant dans la nouvelle installation) est continu, de sorte que tout l'échantillonnage et la surveillance des produits sont destinés à la vérification du processus et des conditions (utilisés pour générer des certificats d'authenticité). Chaque ingrédient est dosé individuellement dans le système de dosage. "Nous nous appuyons sur des mesures et des contrôles en cours de processus pour assurer la cohérence et la fiabilité", déclare Clark.

La demande des clients augmentant si rapidement, SunOpta a cherché à quadrupler la production du système existant. Mais était-ce possible ? L'équipe de Clark a examiné plusieurs possibilités.

Il a déclaré que SunOpta s'était initialement concentré sur l'amélioration continue du système existant - le dégoulottage, ainsi que l'optimisation de la vitesse/du débit et du CIP/de l'assainissement. "Nous avions maximisé les quarts de travail et la main-d'œuvre sur le système existant avant de commencer le projet d'expansion de la capacité."

« Nous avons exécuté plusieurs petits projets en 2019 pour maximiser la production à partir du système de production initial. En outre, nous avons abandonné certaines petites bases sans avoine de notre portefeuille pour créer plus de capacité pour la base d'avoine », ajoute Clark.

Dans l'ensemble, un projet d'expansion de la capacité était essentiel pour soutenir les activités actuelles et permettre la croissance avec les clients nouveaux et existants. Et les mesures prises pour essayer de tirer le meilleur parti du système existant n'ont pas été vaines. « Lorsque nous avons commencé à concevoir le nouveau processus, nous avons eu l'avantage d'apprendre du système existant, des éléments tels que les points douloureux et les limiteurs de débit qui sont devenus des exigences de conception pour notre nouveau processus et système », explique Clark.

Clark et son équipe ont réalisé qu'il était temps de faire appel à une expertise extérieure, car les quatre murs actuels ne pouvaient tout simplement plus fournir suffisamment d'espace pour fabriquer de la base d'avoine. Les facteurs menant à cette conclusion comprenaient :

Si vous avez travaillé avec succès avec un fournisseur ou une société d'ingénierie au fil des ans, vous connaissez la valeur d'une telle relation continue. Ce n'était pas différent pour SunOpta, qui a choisi Dennis Group pour examiner la situation et proposer des solutions.

"Nous connaissions certainement Dennis Group depuis un projet précédent dans l'une de nos usines de traitement et d'emballage aseptiques", déclare Clark. "Leur réputation et leur portefeuille de projets dans le domaine de l'alimentation et des boissons ont été un aspect essentiel du processus de décision. La profondeur et l'étendue de l'expertise et des compétences que possède Dennis Group en ont fait un véritable fournisseur de solutions clés en main pour nos besoins sur ce projet (construction , processus et automatisation)."

Lorsqu'on lui a demandé comment SunOpta avait conclu que plus d'espace était nécessaire, Clark a déclaré que l'usine de fabrication était, et reste, une empreinte assez limitée, ce qui signifie qu'elle est pleine et au maximum. "Nous savions dès les premières étapes du projet que nous aurions besoin d'une 'nouvelle' empreinte pour ce projet." L'équipe de Clark a envisagé de réaffecter la zone de traitement existante ainsi que de prendre en charge l'espace d'entreposage pour le projet d'expansion de la capacité.

"L'équipe SunOpta a identifié un espace d'entreposage dans l'usine existante, qui pourrait être réaménagé en conséquence, mais après un examen plus détaillé, la perte de cet espace pour l'exploitation, les coûts de rénovation pour assurer une conception hygiénique, des problèmes de coordination (c'est-à-dire la construction à l'intérieur d'une installation alimentaire existante ) et le flux de matériaux/de personnel n'était pas idéal », explique Kirsten Kirsch, ingénieur de procédés chez Dennis Group.

Clark a noté qu'ils envisageaient même de réaffecter une zone de processus existante, mais ont rapidement abandonné l'idée. "En fin de compte, les interruptions potentielles des opérations quotidiennes et le potentiel de temps d'exécution supplémentaire ont conduit à la décision de construire une nouvelle empreinte par rapport à un espace réaffecté ou d'entrepôt", explique Clark.

"Une expansion vers le nord dans une partie inutilisée du site était donc plus pratique et répondait plus efficacement aux objectifs du projet", explique Kirsch. "La nouvelle extension de 9 600 pieds carrés a permis la construction d'un ajout d'installations hygiéniques spécialement conçues avec un impact minimal sur l'exploitation."

Le nouvel ajout n'est que cela - c'est une installation indépendante avec son propre système de traitement de l'air (CVC), uniquement relié au bâtiment d'origine avec un passage pour garder les gens à l'abri des intempéries du Minnesota lors de la traversée entre les installations, explique Clark.

Le climat du Minnesota crée un certain nombre de défis de construction. "Construire des choses dans le Minnesota pendant l'hiver et le printemps (et parfois, l'automne) est plein de défis potentiels - fortes chutes de neige et lignes de gel profondes, pour n'en nommer que quelques-uns", déclare Clark de SunOpta.

"Nous avons travaillé en étroite collaboration avec le groupe Dennis pour planifier et évaluer les risques associés à la construction pendant cette période", ajoute Clark. "Il y avait un excellent plan avec des imprévus pour assurer le respect du calendrier du projet."

"L'approche globale de la construction consistait à terminer l'extérieur du bâtiment (murs et toit) afin que nous puissions conditionner l'intérieur pour les tranchées, les drains et la plomberie ainsi que pour couler le sol en béton", explique Clark. Le dégel du sol pour permettre la création et le placement de piliers structuraux a nécessité une planification et une coordination minutieuses. Ensuite, la planification et la mise en scène des panneaux de pré-coffre (murs extérieurs) pour l'arrivée sur site et les préparations pour soutenir le toit ont dû se dérouler comme sur des roulettes.

Pendant tout ce temps, le COVID-19 n'a pas facilité les choses. Pour commencer, l'équipe de Dennis Group a constaté qu'il y avait des taux de défaillance accrus sur les équipements expédiés pendant COVID et des délais de livraison accrus, selon Kirsch de Dennis Group. Le skid de dénaturation venait d'Italie et le skid d'évaporateur de Copenhague, au Danemark. "Nous avons eu des retards sur les deux équipements liés principalement au COVID-19 : environ trois semaines de retard sur le skid de l'évaporateur et cinq semaines sur le skid de dénaturation", explique Kirsch.

Les retards n'étaient pas les seuls défis provoqués par COIVID. "La mise en service et la vérification ont été un défi car le personnel clé des fournisseurs n'a pas pu se rendre aux États-Unis depuis l'étranger", explique Kirsch. "Les FAT n'étaient donc pas possibles. Cela a entraîné un temps de démarrage supplémentaire car les nouvelles équipes des fournisseurs ne connaissaient pas les systèmes."

"Normalement, nous aurions été sur place avec le fournisseur entre mai et juin pour les examens de construction et les tests d'acceptation du fournisseur (TVA/FAT)", explique Clark. "Nous avons travaillé en étroite collaboration avec nos responsables du groupe Dennis (fonctionnels) et le fournisseur pour mener virtuellement autant d'activités de TVA "typiques". Des modèles en trois dimensions et de multiples et longues sessions virtuelles ont été utiles, mais nous avons pleinement anticipé et planifié un temps supplémentaire dans le calendrier du projet pour l'arrivée de l'équipement sur le site du projet (usine). »

Le processus de SunOpta commence par la réception de matières premières sous forme de super sacs d'avoine crue, qui sont transportés pneumatiquement et dosés dans des réservoirs de dosage où l'avoine est combinée avec de l'eau et d'autres ingrédients mineurs. Le mélange se déplace vers des réservoirs de rétention où il est décomposé par conversion enzymatique avant que les parties insolubles de l'avoine ne soient séparées. La dénaturation thermique se produit avant qu'un évaporateur ne concentre le mélange d'avoine à 40 % de solides. Enfin, le produit est refroidi et préparé pour le chargement en vrac.

Les contrôles de l'ancien système étaient quelque peu décousus, avec des contrôles individuels sur certaines pièces d'équipement, mais il n'y avait pas de point unique de coordination du contrôle de l'ensemble du processus, explique Clark. Pour mettre ce processus aux normes de contrôle modernes, l'équipe de SunOpta s'est entretenue avec Dennis Group pour aplanir les souhaits et les besoins du nouveau système.

"Lors de nos examens initiaux des processus, et après avoir parlé avec les équipes SunOpta (exploitation et maintenance), il y avait quelques domaines que nous voulions améliorer avec le nouveau système", explique Josh Nichols, ingénieur des contrôles chez Dennis Group. Par exemple, ils comprenaient :

Dennis Group a travaillé avec les chefs d'équipe de SunOpta et a démontré des solutions dans les domaines identifiés ci-dessous :

Nichols et Kirsch ont souligné quelques autres points clés sur lesquels les équipes de Dennis Group et de SunOpta ont travaillé pour mener à bien le projet.

Échantillonnage—Outre le retour normal du débit, de la température et de la pression, l'échantillonnage direct des produits en ligne n'était pas réalisable dans l'ancien système. L'équipe de qualité SunOpta et le DG ont identifié et placé des vannes d'échantillonnage manuelles à des points de qualité clés tout au long du processus.

Contrôle du processus - Tout d'abord, le principal moyen de contrôler le processus commence par un dosage précis des ingrédients et un contrôle constant de la température et du débit, explique Kirsch.

"Nous avons utilisé une combinaison de débitmètres massiques, d'alimentateurs à perte de poids et de contrôles PID optimisés pour obtenir une qualité de produit reproductible", explique Nichols. Lors du démarrage, l'équipe Qualité de SunOpta a ajusté les pourcentages d'ingrédients, les temps de cuisson et les vitesses de transfert non seulement pour fournir un produit homogène, mais également pour équilibrer la ligne afin d'assurer un processus continu.

Deuxièmement, la communication avec les palettes des fournisseurs et la gestion des conditions perturbées sont également importantes pour contrôler le processus, ajoute Kirsch. Par exemple, si un réservoir d'alimentation se vide, les systèmes en amont et en aval du fournisseur passent en "mode eau" ou "hibernation" jusqu'à ce que le système se rétablisse.

Le nouveau système de contrôle comporte plusieurs paramètres de point de consigne qui peuvent être modifiés pour optimiser le contrôle, c'est-à-dire les points de consigne de température, les temps de cuisson, les points de consigne de recette, les limites d'alarme qui ont été constamment optimisées tout au long du démarrage en fonction des paramètres d'exécution réels et des données de laboratoire pour obtenir des produits constants. Le système dispose également d'une rétroaction de l'équipement (c'est-à-dire l'état de la vanne, la rétroaction du moteur), qui fournit l'état des actifs, explique Kirsch.

Formation—L'une des principales raisons du démarrage rapide et réussi de ce système était la familiarité et l'appropriation que les opérateurs avaient dès le premier jour de test du produit. Dennis Group et la direction de SunOpta ont travaillé pour développer des documents de formation approfondis et fournir un environnement de formation virtuel du système. L'environnement virtuel a été déployé avant le début de la vérification du système et a permis aux opérateurs et à la maintenance de travailler sur la documentation de formation avant l'installation du système.

Et, les contrôles ont livré. "À un niveau élevé, [le système de contrôle] est à la pointe de la technologie en termes d'automatisation et de contrôle", déclare Clark. "Il s'agit du niveau d'automatisation le plus sophistiqué de notre réseau de fabrication." Et là où l'ancien système était incapable de détection en ligne/en ligne, ce niveau de détection est désormais possible. Clark dit qu'il est bon de savoir que des points d'échantillonnage sont disponibles en cas de besoin.

Il y avait encore quelques points qui nécessitaient une intervention manuelle dans l'ancienne ligne (bien qu'une grande partie était automatisée), donc Clark a pensé que c'était une bonne idée d'avoir un CIP entièrement automatisé et intégré dans le système de contrôle de processus. "Nous avons tiré parti de certaines des conditions actuelles (dans l'ancien système) pour inciter les équipementiers à automatiser plus complètement le CIP et à éliminer une grande partie des interventions manuelles dans le nouveau système/ligne."

Le nouveau processus dispose d'un système CIP dédié, explique Nichols de Dennis Group. Le CIP et le système de traitement ont été conçus pour optimiser la production en réduisant les délais de production. Le système utilise des vannes anti-mélange et des circuits CIP séparés pour passer de la production au CIP aussi rapidement que possible. Cela signifie que lorsque la zone en amont a terminé la production, les opérateurs SunOpta peuvent immédiatement exécuter le CIP tandis que les zones en aval terminent le cycle de production. Cela permet essentiellement au CIP de chasser le produit à travers le système et permet à la production de démarrer avant que tout le système ne soit terminé avec le CIP, ajoute Nichols.

"Par exemple, dès qu'un réservoir de cuisson termine son traitement, il peut être CIPé pendant que l'autre réservoir de cuisson continue de se terminer", explique Kirsch. "La technologie [valve] anti-mélange aide à réduire les délais d'exécution du système, car la production et le "chevauchement" CIP." Chaque séquence est entièrement personnalisable via le système IHM via les tableaux PIN. Cela donne à l'usine un contrôle à long terme pour optimiser en fonction de la validation ou de la mise à jour en fonction de la nouvelle chimie utilisée à l'avenir.

Alors qu'un système CIP typique géré par un API avec des instructions codées en dur est difficile à modifier, même pour un programmeur, le nouveau système donne le contrôle aux opérateurs, explique Kirsch. La nouvelle interface du système CIP permet une visibilité sur ces paramètres et place le contrôle au niveau de l'usine/de l'assainissement/de la qualité. Enfin, tout comme les données de processus, toutes les informations CIP sont disponibles dans l'historique et le point de vue.

Disposer de données exploitables était vital pour l'opération. Clark a décrit les mesures qui ont été prises :

Historian et Metrics sont les deux principaux systèmes logiciels qui permettent à tout le personnel (opérateurs, maintenance, qualité, etc.) d'extraire des données de l'équipe, du jour, de la production, du mois et éventuellement des années de données, explique Nichols. Il existe une variété d'affichages sur cinq moniteurs stratégiquement situés dans toute l'usine, ce qui permet à différents opérateurs d'utiliser les données pertinentes pour ce qu'ils essaient d'analyser. Outre les données exploitables fournies au système, un domaine d'amélioration inattendu a été constaté en termes de temps de dépannage. Ces systèmes facilitent la comparaison des données et le suivi des changements de processus.

Bien que le système de contrôle ne soit pas directement lié à l'ERP pour le moment, certaines « poignées de main » ont été établies, explique Clark. Par exemple, la demande de production provient de l'ERP et est saisie dans le système de contrôle pour une campagne de production. De plus, les ingrédients, matières premières et autres consommables sont scannés à partir du système de gestion des stocks pour répondre à la demande de production de la campagne, puis rapprochés.

Enfin, Clark voit l'avenir de l'établissement comme brillant. "Nous sommes très satisfaits du nouveau système et pensons que nos meilleurs jours restent devant nous. Nous commençons à libérer tout le potentiel du nouveau système alors que nous commençons 2021."

Mais qu'advient-il de l'avoine épuisée après la sortie du processus ? Eh bien, Clark l'a déjà prévu.

"Nous sommes en train de proposer cela comme ingrédient. C'est une bonne source de protéines et de fibres - j'ai donc d'autres personnes dans l'équipe R&D qui les transforment en toutes sortes de produits délicieux - des muffins, des biscuits, craquelins à l'avoine du jour au lendemain », explique Clark. Et croyez-le ou non, nous examinons différentes applications de fermentation. »

Peut-être la stout à base d'avoine, favorite des microbrasseries ? "J'ai une autre équipe dans le laboratoire qui brasse de la bière."

Mais, Clark est déterminé à utiliser toute l'avoine épuisée et à ne pas gaspiller. "Nous allons être zéro déchet à un moment donné dans le futur. Il m'est difficile de dire une date exacte, mais nous utilisons tout le matériel."

J'ai demandé à Bryan Clark comment les membres de l'équipe de l'usine apprécient la nouvelle installation, quelles améliorations générales il a constatées et comment la haute direction apprécie le nouveau système. Il énumère d'abord les avantages des membres de l'équipe :

Améliorations globales signalées par Clark :