Optimierung einer molkeverarbeitenden Anlage

Überblick

• Größere Robustheit von Produktionsplanung und Krisenmanagement
• Weniger Lieferverzögerungen infolge von verbesserter Koordination mit der Logistik
• Verbesserte Ressourcen-Effizienz aufgrund verlässlicherer Voraussagen zum Verfalldatum der Rohstoffe
•  Optimierte Bewertung und Durchführung von Engineering-Projekten

Die steigende Nachfrage nach proteinreichen Produkten und das wachsende Interesse an Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit machen die Verarbeitung von Molke aus der Käse- und Joghurtproduktion sehr vielversprechend. Molke, die lange Zeit als minderwertiges Nebenprodukt galt, kann auf vielfältige Weise zu hochwertigen Produkten verarbeitet werden, die den ökologischen und wirtschaftlichen Gewinn der Milchindustrie erheblich steigern.

Diese Fallstudie beschreibt den Einsatz der INOSIM Simulationssoftware in einer Anlage zur Verarbeitung von Molke aus verschiedenen Vorprozessen zu den Hauptprodukten Protein und Laktose. Im Projekt wurde eine bestehende Anlage des Kunden modelliert. Das Modell wird sowohl bei der Produktions- und Kapazitätsplanung als auch bei der Evaluation von Maßnahmen zur Kapazitätserweiterung eingesetzt.

Herausforderungen

• Variierende Zusammensetzung der Rohstoffe
• Hohe Qualitätsstandards
• Unvorhersehbare Ausfallzeiten der Teilanlagen
• Zeitaufwändige, wenig flexible Planung

Bei allen Vorteilen, die die Molkeverarbeitung bietet, gibt es auch einige Herausforderungen im Zusammenhang mit der Extraktion von Protein und Laktose aus Molke. Einen wesentlichen Faktor dabei bildet die Inkonsistenz der Rohstoffzusammensetzung. Parameter wie der Trockenmassegehalt können von Lieferant zu Lieferant stark variieren. Eine flexible und leicht anpassbare Prozesssteuerung wird somit zum absoluten Muss.

Desweiteren ist der Produzent mit Komplikationen konfrontiert, die durch variierende Qualitätsstandards (Bio, Halal, Conventional), Multi-Produkt-Produktion, Materialverfall, Versorgungsengpässe und eine hohe Ausfallrate von Teilanlagen verursacht werden. Die Berücksichtigung dieser komplexen, aber essentiellen Abhängigkeiten führte bei früheren Ansätzen zur Modellierung des Prozesses mit anderer Simulationssoftware zu erheblichen Schwierigkeiten. Der Kunde von INOSIM sah jedoch die dringende Notwendigkeit, die Produktions- und Kapazitätsplanung zu verbessern, da der herkömmliche Ansatz zeitaufwändig und unflexibel war und es unmöglich machte, schnell auf Änderungen in der Lieferkette oder auf ungeplante Anlagenstillstände zu reagieren.

Lösungen

• Automatisierte Rezeptauswahl und Anpassbarkeit der Prozessparameter
• Heuristiken für optimale Prozesssteuerung, abgeleitet aus der realen Anlage
• IT/OT-Schnittstellen, um Eingabedaten automatisiert einzulesen
• Einsatz von Business Intelligence, um anschauliche Ergebnis-Visualisierungen unternehmensweit zu kommunizieren
• Erweiterte Modellfunktionen für die Simulation unterschiedlicher Produktionsszenarien im Engineering

Mit Hilfe zielgenauer Unterstützung durch die INOSIM Consultants erstellte unser Kunde ein maßgeschneidertes Modell für die gesamte Molkeverarbeitungsanlage. Neben dem Hauptprozess werden darin Teile der Lieferkette, die Entwicklung des Produktbestandes, wichtige Utilities wie das Kühlwasser und die CIP-Infrastruktur betrachtet. Das Modell berücksichtigt unterschiedliche Rohstoffparameter und angezielte Produktkonzentrationen und bietet die Möglichkeit, Produktionsrezepte (z. B. einstufige Konzentration vs. zweistufige Konzentration) automatisch zu ändern und Prozessparameter (z. B. Ultrafiltrationsmembranfluss oder Konzentrationseinstellungen) anzupassen. Heuristiken für die Bündelung von Rohstoffen und für ein Priorisierungssystem in Chargenplänen werden aus realen Anlagenoperationen adaptiert und in das Modell implementiert, um Probleme mit dem Materialverfall zu minimieren. Eingabedaten wie Rohstofflieferlisten und Produktinventar werden automatisch über eine IT/OT-Schnittstelle eingelesen.

Optional können die Modellbenutzer eingreifen und manuelle Anpassungen an der Geräteeinteilung und der angestrebten Produktionsplanung vornehmen. So kann schnell auf Geräteausfälle oder kurzfristige Veränderungen in der Lieferkette reagiert werden. Neben den integrierten INOSIM Visualisierungen wurden interaktive Dashboards mit der modernen Business Intelligence-Lösung Salesforce Tableau erstellt. Diese Dashboards werden automatisch über INOSIM BICON eingespeist und verteilt, sodass alle relevanten Stakeholder immer auf dem neuesten Stand sind.

Während des Projektes interessierten sich auch andere Abteilungen bei unserem Kunden für das Simulationsmodell. Daraus entstand die Idee, das Modell zukünftig durch Anlagenerweiterungen aus verschiedenen frühen Engineering-Projekten zu ergänzen, um verschiedene Szenarien zu bewerten und deren Auswirkungen auf die Kapazität besser abzuschätzen.

Ergebnisse

• Visualisierung und flexible Anpassung der Produktionsplanung
• Frühzeitiges Aufdecken von Bottlenecks
• Schnelle Reaktion auf Teilanlagenausfälle
• Optimierte Abstimmung mit der Logistik
• Exakte Bewertung von Produktionsszenarien im Engineering

Das neue INOSIM Modell visualisiert intuitiv die Produktion und ermöglicht es den Produzenten, Bottlenecks aufgrund von Teilanlagenbelegung, Versorgungsengpässen oder Problemen in der Lieferkette vorherzusehen. Die Fähigkeit, plötzliche Anlagenausfälle zu simulieren, die Auswirkungen auf die Produktion zu antizipieren und bei Bedarf Planungsanpassungen vorzunehmen, hat die Robustheit des Krisenmanagements deutlich verbessert. Durch die genauere Vorhersage der Prozesse und die Fähigkeit, schnell auf Ungewissheiten zu reagieren, lassen sich Materialverfallsprobleme und der Zustand des Equipments wesentlich zuverlässiger antizipieren. In der Folge wurde auch die Kommunikation mit der Logistik nachhaltig verbessert.

Das Modell wurde in mehreren Engineeringprojekten zur Entscheidungsfindung eingesetzt. So wurde beispielsweise bei der Planung einer Anlagenerweiterung mit dem Modell die erhöhte Belastung des Kühlwassersystems und der CIP-Strukturen evaluiert. Anschließend wurden anhand der Simulationsergebnisse Szenarien für den Ausbau der Kaltwasser- und CIP-Infrastruktur bewertet, die zu einer kostengünstigen und robusten Auslegung führten.

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