MES für die Prozessindustrie

Lebensmittel verantwortungsvoll verarbeiten

Ob in Privathaushalten oder der Gastronomie, in der Primärproduktion oder der Weiterverarbeitung: Jedes Jahr landen in Deutschland rund elf Millionen Tonnen Lebensmittel im Müll. Davon fallen 1,6 Millionen Tonnen in der Verarbeitung an*. Diese Lebensmittelverschwendung kann zumindest teilweise vermieden werden. Wie so oft heißt das Zauberwort Digitalisierung. Ein Manufacturing Execution System (MES) hilft dabei, die wertvollen Ressourcen effizienter und nachhaltiger zu nutzen. Der Software-Spezialist FELTEN zeigt anhand eines Praxisbeispiels, wie die industrielle Produktion Ausschuss vermeidet, indem sie relevante Prozessparameter berücksichtigt und optimal steuert.

Jeder kennt es vom Plätzchen backen: Erst wird der Teig hergestellt, dann ausgerollt und die Plätzchen ausgestochen. Der restliche Teig wird immer und immer wieder verknetet und ausgewalzt, bis er vollständig verarbeitet ist. Damit nichts übrig bleibt, sollten die Plätzchen so effektiv wie möglich ausgestochen werden. In der Lebensmittelindustrie ist das nicht anders, auch wenn die Dimensionen der Teigverarbeitung wesentlich größer und die Anforderungen daran deutlich komplexer sind. Die Manufacturing Apps (mApp) Weighing und Compounding von FELTEN unterstützen Unternehmen beim Verwiegen von Rohstoffen und Herstellen ihrer Produkte. Die mApps optimieren sowohl die Auftragsvorbereitung als auch die Auftragsdurchführung.

Zu viel, zu wenig: Restmengen exakt berechnen

Ein klassischer Pizzateig mit Mehl, Wasser, Hefe und Salz ist der Ausgangspunkt: Die Zutaten werden im kontinuierlichen Prozess zu einer Teigcharge vermengt. Jeder Teigansatz bildet die Basis für verschiedene Kundenaufträge, die sich lediglich durch den Belag unterscheiden. Sobald der Hefeteig aufgegangen und verknetet ist, wird er auf einem Fließband ausgewalzt und die Teiglinge maschinell ausgestanzt. Ziel des Prozesses ist es, so viele Rohlinge wie möglich aus dem Teig auszuschneiden. Die Restmenge, das sogenannte Rework, wird in der Linie abgeleitet und zwischengelagert oder direkt in der Ausformung mit Frischteig zusammengeführt. Um effizient zu produzieren und die Charge bis zum Tagesende aufzubrauchen, stellen sich zwei Fragen:

• Wie viel Rework wird der Zwischenlagerung zugeführt?
• Wieweit muss der Bedarf an Frischteig für laufende Aufträge oder Folgeaufträge dadurch an den Gesamtbedarf angepasst werden, um keinen Überschuss zu produzieren?

Um die erste Frage zu beantworten, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder muss eine Bestandsführung des Reworks erfolgen, wobei die Teigsorte und die verwendeten Rohstoffe eine wichtige Rolle spielen. Oder das MES ermittelt anhand der produzierten Menge an Rohteig und der geplanten Menge an Endprodukten, welche Menge an Rework sich daraus ergibt. Hieraus lässt sich zum Beispiel eine Reworkmenge je Stunde oder je Knetansatz berechnen. Auf Basis dieser Kennzahlen errechnet sich dann der tatsächliche Bedarf an Rohmaterialien und Teigmenge der Folgechargen. Parallel hierzu überwacht ein MES die zulässigen Liegezeiten der zwischengelagerten Reworkmengen und prüft, ob diese in Folgeaufträgen weiterverwendet werden können.

In der mApp Compounding sind alle Rezepturkomponenten hinterlegt. Der Planer gibt die Aufträge und mit ihnen die entsprechenden Komponenten zum Verwiegen am Wiegeplatz frei. Daraufhin erscheint der Produktionsauftrag in Echtzeit am Shopfloor-Terminal der jeweiligen Verwiegestation. Bedienerführende Dialoge innerhalb der mApp garantieren, dass die einzelnen Rohstoffe sicher und genau verwogen werden und sorgen für eine auftragsbezogene Kennzeichnung aller verwogenen Komponenten. Indem die Waagen digital ans System angebunden sind und so ein direkter Datenaustausch zwischen Equipment und MES erfolgen kann, garantieren grafisch dargestellte und farblich unterlegte Gewichtsanzeigen sowie eine Toleranzüberwachung einen sicheren Prozessverlauf.

Zu groß, zu klein: digitale Sichtprüfung

Gleicher Teig, anderer Belag: Im MES ist für jeden Kundenauftrag die individuelle Rezeptur des herzustellenden Produkts hinterlegt, sodass die Zutaten einfach, sicher und zeitsparend verwogen und gemischt werden können. Dies ist sowohl händisch als auch voll automatisiert möglich. Schinken, Käse, Champignons: Kaum ist der Pizzarohling belegt, ist die Zeit für das Qualitätsmanagement gekommen.

Hierzu kontrolliert ein Mitarbeitender zum Beispiel in einer stündlichen Sichtprüfung die Pizza. Dafür eignen sich die Digitalen Checklisten von FELTEN. Diese kann der Anwender individuell konfigurieren und damit die noch immer weitverbreitete Papierdokumentation ersetzen. Eine solche Digitale Checkliste kann für eine Vielzahl von Prüfungen quantitativer oder qualitativer Merkmale verwendet werden, um zum Beispiel die Backfarbe oder die Art des Belags zu kontrollieren. Die Sollvorgaben sowie der Toleranzbereich sind in der Liste hinterlegt. Sobald der Qualitätsbeauftragte die Messwerte einträgt, gleicht die Software diese mit den Sollwerten ab. Liegen die Werte außerhalb der Grenzbereiche, ist dies auf einen Blick ersichtlich, im MES dokumentiert und die Abweichungen können bei Bedarf eskaliert werden.

Zu warm, zu kalt: Umgebungsparameter einbeziehen

Während Tiefkühlpizza ganzjährig vom Band läuft, werden andere Produkte wie Plätzchen oder Lebkuchen saisonal hergestellt. Läuft die Produktion an, müssen alle Prozessparameter überprüft und gegebenenfalls nachjustiert werden, um so eine optimale Qualität im gegebenen Umfeld der Produktion zu erreichen. Hinzu kommt, dass Variablen wie die Umgebungstemperatur oder Raumfeuchte großen Einfluss auf Gärverhalten, Konsistenz und weitere Qualitätsmerkmale haben. Der Zusammenhang dieser Variablen mit den Rohstoffeigenschaften und somit den einzustellenden Maschinenparametern ist oft nicht auf Anhieb ersichtlich. Daher ist ein weiterer lohnender Einsatzbereich für das Manufacturing Execution System von FELTEN das Überwachen und Optimieren der Herstellparameter.

Indem die Daten kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden, können die Parameter an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden, um zum Beispiel Qualitätsbeeinträchtigungen durch saisonal schwankende Umgebungstemperaturen im Produktionsumfeld zu kompensieren. Denn häufig variiert die Umgebungstemperatur in der Produktionshalle und schlimmstenfalls machen falsche Temperaturen und das Überschreiten des Gärverhaltens das Produkt unbrauchbar. Um Ausschuss zu vermeiden, ist es daher sinnvoll, die Umgebungsvariablen in den Herstellprozess einzubeziehen. Sind diese Parameter im MES mit hinterlegt und werden mit den aktuell erfassten Werten abgeglichen, ist dies problemlos möglich und einem verantwortungsvollen Umgang mit Lebensmitteln steht nichts mehr im Wege.

So unterstützt FELTEN in der Prozessindustrie

• Material-, anlagen-, auftragsbezogene und rezepturseitige Prozessparameter werden als Soll- und Istwerte im MES abgebildet.
• Prozess- und Umgebungsdaten für einzelne Produkte und Chargen werden erfasst und gespeichert, sodass sie für künftige Aufträge per Knopfdruck abrufbereit sind.
• Echtzeitdaten der Qualitätswerte werden in digitalen Checklisten erfasst und abgeglichen. Werte außerhalb der Toleranz werden sofort erkannt, sodass Verantwortliche frühzeitig in den Qualitätsprozess eingreifen können.

* Diese Zahlen wurden in einer Erhebung vom Statistischen Bundesamt für das Jahr 2020 an die EU-Kommission berichtet, vgl. www.bmel.de/DE/themen/ernaehrung/lebensmittelverschwendung/studie-lebensmittelabfaelle-deutschland.html