SunOpta expande as instalações da Oatbase apesar da pandemia de COVID-19

Construída durante o pior da pandemia de COVID-19 de 2020, a expansão da fábrica foi realizada dentro do prazo, do orçamento e pronta para aumentar a produção

Como o leite de aveia se tornou uma bebida popular à base de vegetais, ele se encaixou perfeitamente na linha de lanches e bebidas à base de vegetais orgânicos e não transgênicos da SunOpta.

A empresa entrou no mercado em 2018, mas as instalações de Alexandria, Minnesota, não conseguiriam acompanhar a demanda insaciável pelo produto à base de grãos. A SunOpta poderia se contentar no curto prazo com as instalações e os equipamentos existentes, mas algo tinha que ser feito. 

Portanto, essa não é a história de uma expansão gigantesca que poderia permanecer meio vazia por anos; ao contrário, é a história de uma instalação adicional cuidadosamente planejada que atenderia às necessidades da SunOpta agora e no futuro - um ajuste perfeito e econômico para a SunOpta. E o que também é interessante do ponto de vista da engenharia é que, graças ao projeto modular - equipamentos, hardware e software -, caso a SunOpta queira iniciar outra linha em qualquer local geográfico, a linha pode ser duplicada de forma plug-and-play onde houver necessidade. 

Por que leite de aveia? A aveia é um dos alimentos mais saudáveis que você pode consumir no café da manhã, devido à proteína, às fibras solúveis e a outros nutrientes. Na verdade, você pode ter ouvido isso do seu médico. Então, por que não o leite de aveia? Veja os alergênicos, por exemplo. Ele é livre de nozes, laticínios, soja, naturalmente sem glúten (desde que seja certificado como tal) e vegano.

A certificação é importante, diz Bryan Clark, vice-presidente de P&D de Alimentos e Bebidas à Base de Plantas da SunOpta. Embora a aveia em si seja isenta de glúten e de todos os alergênicos que acabamos de mencionar, é importante que qualquer empresa que fabrique um produto certificado como isento de glúten verifique se todas as remessas de ingredientes que recebe não foram misturadas com grãos que contenham glúten, como trigo ou cevada. 

Essa contaminação pode ocorrer em reboques, vagões ferroviários ou elevadores de grãos se eles não forem limpos adequadamente. Portanto, verificar se os transportadores mantêm os grãos de aveia livres de contaminação por outros grãos é extremamente importante para manter a certificação de isenção de glúten. Confiar em um certificado de análise (COA) da aveia recebida? A verificação é melhor. A SunOpta trabalhou com seus fornecedores para escanear toda a aveia antes da entrega nas docas de carregamento da SunOpta.

Base de aveia - o principal ingrediente do leite de aveia

Embora a unidade da SunOpta em Alexandria não engarrafe leite de aveia no local, ela fabrica um produto que os engarrafadores usam. Pense nele como algo parecido com leite evaporado, mas é aveia hidrolisada. "A base de aveia da SunOpta é um concentrado líquido caracterizado pela cor marrom-clara ou bronzeada com um sabor levemente adocicado característico da aveia", diz Clark. 

"A base de aveia começa com aveia integral, em flocos, que é quebrada por um processo enzimático e resulta em um líquido opaco à base de aveia", acrescenta Clark. "Concentramos a base de aveia líquida para reduzir o custo de transporte e o volume de armazenamento necessário para a base de aveia."

Para todos os efeitos, o processo em lote (primeiro localizado no prédio principal e agora na nova instalação) é contínuo, portanto, toda amostragem e monitoramento de produtos são para verificação do processo e das condições (usadas para gerar COAs). Cada ingrediente é medido individualmente no sistema de lotes. "Confiamos nas medidas e no controle durante o processo para promover a consistência e a confiabilidade", diz Clark.

Avaliando a situação

Com a demanda dos clientes aumentando tão rapidamente, a SunOpta procurou quadruplicar a produção do sistema existente. Mas isso era possível? A equipe de Clark analisou várias possibilidades. 

Ele disse que a SunOpta inicialmente se concentrou na melhoria contínua do sistema existente - redução de gargalos e também otimização de velocidade/rendimento e CIP/saneamento. "Maximizamos os turnos e a mão de obra no sistema existente antes de iniciar o projeto de expansão da capacidade."

"Executamos vários projetos menores em 2019 para maximizar a produção do sistema de produção inicial. Além disso, saímos de algumas bases menores que não eram de aveia em nosso portfólio para criar mais capacidade para a base de aveia", acrescenta Clark.

Em geral, um projeto de expansão da capacidade era essencial para sustentar os negócios atuais e permitir o crescimento com clientes novos e existentes. E as medidas tomadas para tentar obter mais do sistema existente não foram em vão. "Tivemos o benefício, quando começamos a projetar o novo processo, de aprender com o sistema existente - coisas como pontos problemáticos e limitadores de taxas que se tornaram requisitos de projeto para nosso novo processo e sistema", diz Clark.

Clark e sua equipe perceberam que era hora de recorrer a um especialista externo, pois as quatro paredes atuais simplesmente não podiam mais proporcionar um espaço amplo para a produção de base de aveia. Os fatores que levaram a essa conclusão incluem:

• A velocidade com que a SunOpta desejava executar esse projeto
   
• A complexidade e o escopo associados ao projeto: nova construção do edifício, novas tecnologias a serem incorporadas ao processo e, certamente, o nível de automação desejado no novo processo
   
• Projetos de capital adicionais, já em andamento, consumiram os recursos internos da SunOpta. A SunOpta precisava de capacidade/recursos humanos adicionais em um curto espaço de tempo

Encontrar o parceiro certo para dimensionar corretamente a expansão

Se você já trabalhou com sucesso com um fornecedor ou empresa de engenharia ao longo dos anos, sabe o valor desse relacionamento contínuo. Não foi diferente para a SunOpta, que escolheu a Dennis Group para analisar a situação e apresentar algumas soluções. 

"Certamente conhecíamos a Dennis Group de um projeto anterior em uma de nossas fábricas de processamento e embalagem asséptica", diz Clark. "Sua reputação e portfólio de projetos no setor de alimentos e bebidas foi um aspecto fundamental do processo de decisão. A profundidade e a amplitude da experiência e das habilidades que a Dennis Group possui fizeram dela uma verdadeira fornecedora de soluções prontas para atender às nossas necessidades nesse projeto (construção, processo e automação)."

Quando perguntado sobre como a SunOpta concluiu que era necessário mais espaço, Clark disse que a fábrica era, e continua sendo, um espaço bastante limitado - o que significa que está cheio e esgotado. "Sabíamos, desde os primeiros estágios do projeto, que precisaríamos de um 'novo' espaço para esse projeto." A equipe de Clark considerou a possibilidade de reaproveitar a área de processo existente, bem como ocupar o espaço do depósito para o projeto de expansão da capacidade.

"A equipe da SunOpta identificou o espaço do depósito na fábrica existente, que poderia ser adaptado de acordo, mas após uma análise mais detalhada, a perda desse espaço para a operação, os custos de adaptação para garantir um projeto higiênico, as preocupações com a coordenação (ou seja, a construção dentro de uma instalação de alimentos existente) e o fluxo de materiais/pessoas não eram ideais", diz Kirsten Kirsch, engenheira de processos do Dennis Group. 

Clark observou que eles chegaram a pensar em reaproveitar uma área de processo existente, mas logo abandonaram a ideia. "Por fim, as possíveis interrupções nas operações diárias e o tempo adicional para execução levaram à decisão de construir um novo espaço em vez de um espaço reaproveitado ou de um depósito", diz Clark. 

"Uma expansão ao norte, em uma parte não utilizada do local, foi, portanto, mais prática e atendeu aos objetivos do projeto de forma mais eficaz", diz Kirsch. "A nova expansão de 9.600 pés quadrados permitiu a construção de uma instalação higiênica adicional com impacto mínimo na operação." 

A nova adição é exatamente isso - é uma instalação independente com seu próprio sistema de tratamento de ar (HVAC), conectada ao prédio original apenas por uma passagem para manter as pessoas fora do clima de Minnesota ao transitarem entre as instalações, diz Clark.

Muitos desafios 

O clima de Minnesota cria uma série de desafios de construção. "Construir coisas em Minnesota durante o inverno e a primavera (e, às vezes, no outono) está repleto de desafios em potencial - muita neve e linhas de congelamento profundas, para citar alguns", diz Clark, da SunOpta. 

"Trabalhamos em estreita colaboração com o Dennis Group no planejamento e na avaliação dos riscos associados à construção durante esse período", acrescenta Clark. "Havia um excelente plano com contingências para garantir o cumprimento do cronograma do projeto."

"A abordagem geral da construção foi concluir a parte externa do edifício (paredes e telhado) para que pudéssemos condicionar a parte interna para a abertura de valas, drenos e encanamentos, bem como a colocação do piso de concreto", diz Clark. O descongelamento do solo para permitir a criação e a colocação de pilares estruturais exigiu planejamento e coordenação cuidadosos. Em seguida, o planejamento e a preparação dos painéis de pré-moldagem (paredes externas) para a chegada ao local e os preparativos para sustentar o telhado tiveram que ser feitos como um relógio.

Durante todo esse tempo, a COVID-19 não facilitou as coisas. Para começar, a equipe do Dennis Group descobriu que houve um aumento nas taxas de falha dos equipamentos enviados durante a COVID e um aumento nos prazos de entrega, de acordo com Kirsch, do Dennis Group. O skid de desnaturação estava vindo da Itália e o skid de evaporação de Copenhague, na Dinamarca. "Tivemos atrasos em ambos os equipamentos relacionados principalmente à COVID-19 - aproximadamente três semanas de atraso no skid do evaporador e cinco semanas no skid de desnaturação", diz Kirsch. 

Os atrasos não foram os únicos desafios causados pela COIVID. "O comissionamento e o checkout foram um desafio porque o pessoal-chave dos fornecedores não pôde viajar do exterior para os EUA", diz Kirsch. "Portanto, não foi possível realizar FATs. Isso resultou em mais tempo de inicialização, pois as novas equipes dos fornecedores não estavam familiarizadas com os sistemas."

"Normalmente, estaríamos no local com o fornecedor no período de maio a junho para revisões de construção e testes de aceitação do fornecedor (VAT/FAT)", diz Clark. Trabalhamos em estreita colaboração com os líderes (funcionais) do Dennis Group e com o fornecedor para realizar virtualmente a maior parte das atividades "típicas" de VAT. Modelos tridimensionais e várias e longas sessões virtuais foram úteis, mas previmos e planejamos um tempo adicional no cronograma do projeto para quando o equipamento chegasse ao local do projeto (fábrica)."

Controles de última geração

O processo da SunOpta começa com o recebimento de matéria-prima de super sacos de aveia crua, que são transportados pneumaticamente e dosados em tanques de dosagem onde a aveia é combinada com água e outros ingredientes menores. A mistura segue para tanques de retenção, onde é quebrada por meio de conversão enzimática antes que as partes insolúveis da aveia sejam separadas. A desnaturação térmica ocorre antes que um evaporador concentre a mistura de aveia em sólidos de 40%. Por fim, o produto é resfriado e preparado para ser carregado a granel. 

Os controles do sistema antigo eram um tanto desarticulados, com controles individuais em determinados equipamentos, mas não havia um ponto de coordenação do controle de todo o processo, diz Clark. Para adequar esse processo aos padrões modernos de controle, a equipe da SunOpta conversou com a Dennis Group para definir os desejos e as necessidades do novo sistema.

"Em nossas análises iniciais do processo, e depois de conversar com as equipes da SunOpta (operação e manutenção), havia algumas áreas que queríamos melhorar com o novo sistema", diz Josh Nichols, engenheiro de controles do Dennis Group. Por exemplo, elas incluíam:

• Acompanhamento das alterações feitas pelos operadores e pela manutenção no sistema
• Acompanhamento de pontos de processo, produção e qualidade para solução de problemas e métricas de desempenho
• Incorporação de padrões na HMI para objetos de processo para ajudar os operadores e a manutenção no controle do sistema
• Localizar e simplificar as conexões de dispositivos no chão de fábrica para permitir uma solução de problemas e substituição mais rápidas

A Dennis Group trabalhou com os líderes de equipe da SunOpta e demonstrou soluções para as áreas identificadas abaixo:

1. Incorporou a solução de controle distribuído PlantPAx da Rockwell para fornecer pop-ups de processo padrão e segurança integrada
    
2. Trabalhou com a TI corporativa para incorporar os níveis de usuário da IHM às contas de usuário do Windows dos operadores preexistentes
    
3. Implementou o Rockwell Historian, o FactoryTalk Asset Center e o Metrics para exibir dados importantes do processo, permitir a revisão de execuções de produção anteriores e rastrear alterações no PLC e na HMI
    
4. Utilizou "topos de controle" ASi para válvulas de processo e I/O Link para dispositivos, o que reduziu bastante a fiação (economizou dinheiro), eliminou pontos de falha e permitiu o monitoramento no nível do dispositivo

Nichols e Kirsch destacaram alguns outros pontos importantes que as equipes da Dennis Group e da SunOpta trabalharam para a conclusão bem-sucedida do projeto.

Amostragem-Além do feedback normal de fluxo, temperatura e pressão, a amostragem direta do produto em linha não era possível no sistema antigo. A equipe de qualidade da SunOpta e o DG identificaram e colocaram válvulas de amostragem manual nos principais pontos de qualidade ao longo do processo.

Controle de processos-Primeiro, a principal maneira de controlar o processo começa com a dosagem precisa dos ingredientes e o controle consistente da temperatura e do fluxo, diz Kirsch.

"Usamos uma combinação de medidores de massa, alimentadores de perda de peso e controles PID otimizados para obter uma qualidade de produto repetível", diz Nichols. Durante a inicialização, a equipe de Qualidade da SunOpta ajustou as porcentagens de ingredientes, os tempos de cozimento e as velocidades de transferência não apenas para fornecer um produto consistente, mas também para equilibrar a linha e garantir um processo contínuo. 

Em segundo lugar, também é importante para o controle do processo a comunicação com os skids do fornecedor e o manuseio de condições adversas, acrescenta Kirsch. Por exemplo, se um tanque de alimentação ficar vazio, os sistemas upstream e downstream do fornecedor entram em "modo água" ou "hibernação" até que o sistema se recupere.

O novo sistema de controles tem vários parâmetros de ponto de ajuste que podem ser modificados para otimizar o controle, ou seja, pontos de ajuste de temperatura, tempos de cozimento, pontos de ajuste de receita, limites de alarme que foram constantemente otimizados durante a inicialização com base em parâmetros reais de tempo de execução e dados de laboratório para obter produtos constantes. O sistema também tem feedback do equipamento (ou seja, status da válvula, feedback do motor), que fornece o status do ativo, diz Kirsch.

TreinamentoUm grande motivo para a rápida e bem-sucedida inicialização desse sistema foi a familiaridade e a propriedade que os operadores tiveram desde o primeiro dia de teste do produto. A Dennis Group e a liderança da SunOpta trabalharam para desenvolver documentos de treinamento completos e fornecer um ambiente de treinamento virtual do sistema. O ambiente virtual foi implantado antes do início do checkout do sistema e permitiu que os operadores e a manutenção trabalhassem na documentação de treinamento antes da instalação do sistema.

E os controles deram conta do recado. "Em um nível elevado, [o sistema de controle] é o estado da arte em termos de automação e controle", diz Clark. "É o nível mais sofisticado de automação em nossa rede de fabricação." E, enquanto o sistema antigo era incapaz de fazer sensoriamento em linha/na linha, esse nível de sensoriamento agora é possível. Clark diz que é bom saber que os pontos de amostragem estão disponíveis quando necessário.

CIP e controle de processos

Ainda havia alguns pontos que exigiam intervenção manual na linha antiga (embora grande parte dela fosse automatizada), então Clark achou uma boa ideia ter o CIP totalmente automatizado e integrado ao sistema de controle de processos. "Aproveitamos algumas das condições atuais (no sistema antigo) para envolver os OEMs na automatização mais completa do CIP e na eliminação de grande parte das intervenções manuais no novo sistema/linha."

O novo processo tem um sistema CIP dedicado, diz Nichols, da Dennis Group. O sistema CIP e o sistema de processo foram projetados para maximizar a produção, reduzindo o tempo de retorno da produção. O sistema utiliza válvulas à prova de mistura e circuitos CIP segregados para mudar da produção para o CIP o mais rápido possível. Isso significa que quando a área a montante termina a produção, os operadores da SunOpta podem executar imediatamente o CIP enquanto as áreas a jusante terminam a produção. Isso permite que o CIP essencialmente persiga o produto pelo sistema e permite que a produção comece antes que todo o sistema termine com o CIP, acrescenta Nichols.

"Por exemplo, assim que um tanque de cozimento termina o processamento, ele pode ser submetido à CIP enquanto o outro tanque de cozimento continua a terminar", diz Kirsch. "A tecnologia [válvula] à prova de mistura ajuda no tempo de resposta do sistema, pois a produção e a CIP se 'sobrepõem'." Cada sequência é totalmente personalizável pelo sistema HMI por meio dos gráficos PIN. Isso proporciona à fábrica um controle de longo prazo para otimizar com base na validação ou atualizar com base em novos produtos químicos usados no futuro. 

Enquanto um sistema CIP típico executado por um PLC com instruções codificadas é difícil de ser modificado até mesmo por um programador, o novo sistema dá o controle aos operadores, diz Kirsch. A nova interface do sistema CIP permite a visibilidade dessas configurações, além de colocar o controle no nível da fábrica/saneamento/qualidade. Por fim, assim como os dados do processo, todas as informações do CIP estão disponíveis no Historian e no Vantage Point.

Informações acionáveis na ponta dos dedos de um operador

Ter dados acionáveis era vital para a operação. Clark descreveu as medidas que foram tomadas: 

• Fizemos um investimento posterior para obter um sistema de banco de dados "historiador".
   
• Todos os dados gerados durante a produção e a higienização são capturados e armazenados, bem como as tendências e os relatórios em tempo real.
   
• Desenvolvemos painéis de controle e relatórios padrão para realizar comparações diárias, semanais e mensais.
   
• Em termos de ajuste às condições ambientais da fábrica, o novo sistema está localizado em um prédio totalmente novo com hardware e controles de HVAC de última geração.

O Historian e o Metrics são os dois principais sistemas de software que permitem que toda a equipe (operadores, manutenção, qualidade etc.) tenha a capacidade de extrair dados do turno, do dia, da produção, do mês e, eventualmente, de anos de dados, diz Nichols. Há uma variedade de telas em cinco monitores estrategicamente localizados em toda a fábrica, o que permite que diferentes operadores usem os dados relevantes para o que estão tentando analisar. Além dos dados acionáveis fornecidos pelo sistema, uma área inesperada de melhoria foi observada em termos de tempo para solução de problemas. Esses sistemas facilitam a comparação de dados e o rastreamento de alterações no processo.

Embora o sistema de controle não esteja diretamente vinculado ao ERP no momento, há alguns "apertos de mão" que foram estabelecidos, diz Clark. Por exemplo, a demanda de produção vem do ERP e é inserida no sistema de controle para uma campanha de produção. Além disso, os ingredientes, as matérias-primas e outros materiais de consumo são digitalizados a partir do sistema de gerenciamento de estoque para atender à demanda de produção da campanha e, em seguida, são reconciliados.

Pensamentos futuros 

Por fim, Clark vê o futuro das instalações como brilhante. "Estamos muito satisfeitos com o novo sistema e acreditamos que nossos melhores dias ainda estão por vir. Estamos começando a desbloquear todo o potencial do novo sistema no início de 2021."

Mas o que acontece com a aveia usada depois de sair do processo? Bem, Clark já tem isso planejado. 

"Na verdade, estamos no processo de oferecer isso como um ingrediente. É uma boa fonte de proteína e fibra - portanto, tenho outras pessoas na equipe de P&D que estão transformando isso em todos os tipos de produtos deliciosos - qualquer coisa, desde muffins, biscoitos, bolachas até aveia para a noite", diz Clark. E, acredite ou não, estamos analisando algumas aplicações diferentes de fermentação".

Talvez uma stout à base de aveia, a favorita das microcervejarias? "Tenho outra equipe no laboratório fazendo cerveja." 

Mas Clark está determinado a usar toda a aveia usada e não desperdiçar nada. "Em algum momento no futuro, vamos zerar o desperdício. É difícil para mim dizer uma data exata, mas estamos utilizando todo o material."

Boletim informativo sobre a nova instalação e o novo sistema

Perguntei a Bryan Clark como os membros da equipe da fábrica gostaram das novas instalações, quais melhorias gerais ele observou e como a gerência sênior gostou do novo sistema. Primeiro, ele lista os benefícios para os membros da equipe:

• Esse nível de automação é uma mudança significativa e positiva para nossa equipe da fábrica. 
   
• Ele se encaixa em nossa filosofia e programa de melhoria contínua, o SunOpta 360, para continuar a trazer novas tecnologias e novas abordagens para nossas fábricas.
   
• O treinamento foi fundamental - trabalhamos com o Dennis Group e com nosso pilar interno de desenvolvimento contínuo de habilidades (CSD) para desenvolver um programa e materiais de treinamento.
   
• Criamos manuais e lições de um ponto para oferecer suporte à equipe no chão de fábrica.
   
• Designamos especialistas no assunto no início do projeto para trabalhar em conjunto com o Dennis Group nos principais aspectos da solução final de automação.
   
• Josh e a equipe de controles da Dennis Group conseguiram fornecer um ambiente virtual, um simulador, para que o pessoal de operações e manutenção se familiarizasse com o ambiente de controles de produção muito antes de as coisas serem aparafusadas no chão e conectadas.

Melhorias gerais relatadas por Clark:

• Conseguimos multiplicar (cerca de quatro vezes) a capacidade do oatbase com o mesmo modelo de equipe, impulsionado em grande parte pela automação desse sistema.
   
• A natureza do trabalho também foi afetada de forma correspondente. Em comparação com o sistema existente, os operadores estão analisando e monitorando as telas de controle/HMIs para verificar as condições atuais e fazer ajustes de forma centralizada, em vez de ter que ajustar equipamentos individuais com painéis de controle/HMIs locais.