Belgisch mengvoederfabrikant Vanden Avenne implementeert slimme proces kwaliteitscontrole.

Innovatieve analytische oplossingen met NIR-​proces machines

Dipl. Ing. Chr. Müller, Hamburg

Inleiding

Familiebedrijf Vanden Avenne zag haar omzet in de afgelopen 25 jaar verdrievoudigen. Door het opzetten van een tweede productielocatie in Floreffe, in samenwerking met het Waalse bedrijf Scam, is Vanden Avenne momenteel de absolute nummer twee van veevoederfabrikanten in Belgie. De geschiedenis van het bedrijf gaat terug tot 1889. In Ooigem, in de buurt van het Roeselare-Leie kanaal, werd de eerste locatie opgericht. Daar ontstond een bloeiende handel in agrarische benodigdheden. Deze werd uitgebreid met de productie van veevoer en ontwikkelde zich uiteindelijk naar een moderne mengvoederfabriek. (fig. 1).

Fig. 1: De moderne voederfabriek van Vanden Avenne in Ooigem, Belgie

Ondanks de dynamische groei in de afgelopen jaren heeft het familiebedrijf constant te maken met concurrentie, marktveranderingen en de volgende werkelijke uitdagingen:

  • De marges zijn erg klein. Kosten moeten zo efficiënt mogelijk beheerst worden.
  • Kwaliteitscontrolesystemen, inclusief batch documentatie en track & trace, worden steeds belangrijker of zijn wettelijk verplicht.
  • Een innovatief kwaliteitsmanagementsysteem is nodig, niet alleen voor de controle van alle recepten maar ook qua controle op bewaarbaarheid, houdbaarheid of microbiologische veiligheid van alle eindproducten.

Om de groei te handhaven in deze markt, is het belangrijk de klanten met een constante, hoge kwaliteit te overtuigen en tegelijk de kosten waar mogelijk te reduceren. Vanden Avenne heeft daarom al in in een vroeg stadium ingezet op volgende strategische doelen:

  • Moderne connectiviteit
    Nauwe samenwerking tussen IT en productie om nieuwe digitale kansen te creëren.
  • Batch monitoring
    In gebruik nemen van slimme kwaliteitscontrole-systemen voor batch-documentatie, individuele waardebepaling en traceerbaarheid.
  • Innovatief kwaliteitsmanagement
    Continue en real-time de belangrijkste kwaliteitsparameters, zoals wateractiviteit, vochtgehalte, vet en eiwit kunnen monitoren.

Implementatie van strategische doelen

Connectiviteit

In mengvoederfabrieken wordt procesanalyse gebruikt bij de meeste applicaties om enkele procesparameters zoals vochtgehalte, eiwit, vet, etc. te monitoren voor directe kosten- en energiereductie. Innovatieve mengvoederfabrieken adopteren een nieuwe aanpak: Tijdens het productieproces worden alle relevante parameters in real-time bepaald en gekoppeld aan steekproeven en historische data. Deze informatie wordt vervolgens geëvalueerd door krachtige software. Voorspellingen voor analyseparameters, van belang voor de kwaliteit van het eindproduct, behoren ook tot de mogelijkheid van intelligente recept-aanpassingen. Deze technologie wordt Statistische Proces Controle genoemd, en wordt al veel gebruikt in de voedingsindustrie. Om alle data meteen beschikbaar te hebben, interne track & trace processen te realiseren, de productieplanning te optimaliseren en in staat te zijn snellere kwaliteitsvoorspellingen te doen, is Vanden Avenne steeds gefocust op de in-line NIR process analyzer DA 7300 (Fig. 2) van Perten Instruments (onderdeel van PerkinElmer). Deze procesanalyse-apparaten zijn volledig geïntegreerd met de communicatiestructuur en in staat om bijbehorende order- en batchnummers te beheren. Zo kan elke gemeten waarde worden toegewezen aan deze nummers. De interne IT-afdeling (IBM iSeries) is omgezet naar een centrale dataverzamelaar. Alle data van het laboratorium, van procesanalyse en productie worden verzonden naar deze centrale unit en daar verwerkt. Door deze ‘big data’-aanpak, is Vanden Avenne in staat alle stadia van het productieproces te monitoren, fouten meteen te detecteren en om het resultaat (de kwaliteit) van elke batch in productie te voorspellen.

Batch monitoring

Om consistente productkwaliteit te garanderen, is evaluatie van elke batch nodig. Door een in-line NIR-procesanalyse-apparaat, die in een aparte behuizing is geïnstalleerd (fig. 3), worden productie-relevante kwaliteitsparameters continue gemeten in real-time. De afwijkingen worden sterk bepaald door de eigenschappen van de gebruikte grondstoffen (granen, oliezaad, koolzaad en sojameel, etc.) en het productieproces. Om batches direct te kunnen evalueren en - waar nodig - maatregelen voor kwaliteitsgarantie te nemen, moet het NIR-procesanalyseapparaat alle data kunnen versturen naar de overkoepelende IT-afdeling.

Innovatief kwaliteitsmanagement:

Historisch gezien worden kwaliteitsparameters als vochtgehalte, vet, eiwit en energiegehalte gebruikt voor kwaliteitsbeoordeling van veevoer. Deze parameters zeggen echter weinig over de houdbaarheid, levensduur of de microbiologische veiligheid. Sinds jaar en dag meet Vanden Avenne de water-activiteit van haar veevoerproducten, maar deed dit alleen offline en willekeurig. Een doorlopende en representatieve meting is nodig om de houdbaarheid van een product op gelijk welk moment te kunnen garanderen. Water-activiteit is de hoeveelheid van vrij, ongebonden, microbiologisch-beschikbaar water in een veevoerproduct en daarom de maatstaaf van de microbiologische veiligheid van het voer. Het wordt gedefinieerd als de ratio van de partiële druk van de waterdamp in een product (p) versus de saturatie-dampdruk van puur water (p0) bij een gegeven temperatuur (aw = p/p0). De water-activiteit is dus afhankelijk van de vochtigheid en de omgevingstemperatuur, zoals te zien is in tabel 1, en kan alleen een waarde hebben tussen nul en een. Voor veevoer wordt een water-activiteitwaarde van minder dan 0,7 gezien als de veiligheidslimiet (tabel 1). Hogere waardes verhogen het risico op microbiologisch verderf en verkorten de houdbaarheid van het product. Vanwege de soms snelle veranderingen in luchtvochtigheid, veroorzaakt door de ligging van de fabriek binnen een straal van 70 km vanaf de kust en vanwege de soms grote temperatuurverschillen tussen dag en nacht, kan een water-activiteit met een waarde van minder dan 0,7 niet altijd gegarandeerd worden. Belangrijker is het vaststellen van de water-activiteitwaarde in real-time, om zo gerichte maatregelen voor kwaliteitsgarantie te kunnen initiëren. Een organisch zuurmengsel toevoegen aan het mengvoer voorziet erin de microbiologie te stabiliseren. De kosten voor deze zuurbehandeling zijn aanzienlijk en een doelgericht gebruik ervan, voor kostenbesparing, is wenselijk.

 Tabel 1: Afhankelijkheid van de aw-waarde van veevoer bij luchttemperatuur in de silo.

Door het gebruik van de in-line NIR-procesanalyse-machine van het type DA 7300, is een constante en betrouwbare bepaling van de water-activiteit gerealiseerd. De real-time informatie wordt gebruikt voor het ononderbroken monitoren van de productie en het gecontroleerd doseren van organische zuren. Het voordeel: kostenbesparing en een consistente kwaliteit van het product. Bijkomend, de uitgebreide procesinformatie leidt tot waardevolle kennis over het productieproces dat gebruikt wordt voor procesoptimalisatie.

In-​line NIR Process Analyzer DA 7300

Fig 2: Process analyzer DA 7300De in-line DA 7300 process analyzer (fig. 2) van Perten Instruments (een onderdeel van PerkinElmer) maakt constante NIR-metingen direct in de productiestroom mogelijk. Het biedt een onmiddellijke metingsmethode, verschillende aansluitingsmogelijkheden en komt tegemoet aan alle vereisten voor integratie in een ‘higher-level’ systeem. De DA 7300 gebruikt de effectieve NIR-diode-array technologie, die bij laboratoria middels de DA 7250, al langer bekend is om zijn hoge efficiency en goede prijs.

De DA 7300 In-line is beschermd tegen invloeden van buitenaf middels een roestvrij stalen behuizing (beschermingsklasse IP 65). Het is een compact, robuust ontworpen systeem (ATEX Zone 21 en 22) voor langdurig stabiel gebruik. Het venster is gemaakt van krasbestendig saffier glas. De hoge metingssnelheid levert 10 spectra per seconde en maakt zo constante en actuele analyse mogelijk. De data is lokaal opgeslagen in het apparaat en kan ook opgeslagen worden in een bestaande database. De DA 7300 In-line heeft een secundaire lichtbron. Het systeem met twee automatisch wisselende lampen, verzekert een continu en vlekkeloos gebruik, ook wanneer er een lichtbron defect is.

Slimme innovatieve oplossingen

Met Perten Instruments’ innovatieve, web-based software ProcessPlus kan aan alle aansluitingsvereisten worden voldaan. Gemeten waardes kunnen als gecomprimeerde en tot een batch-behorende data naar IT verzonden worden (gemiddelde waardes, standaarddeviatie, minimale-, maximale waarde per parameter). Voor duidelijke identificatie worden batchnummers en andere data in real-time naar de procesanalyse-machine gezonden door het bovenliggende IT-systeem en de teruggekoppelde databestanden worden automatisch gelabeld.

Fig. 3: In-line NIR-proces analyse machine DA 7300 geïnstalleerd in roestvrij stalen behuizing

Samenvatting

Vanden Avenne werkt constant aan haar strategische doelen. De aanpak werkt zo goed voor niet-gepelletiseerd veevoer dat er inmiddels al drie in-line NIR DA 7300 procesanalyse-machines in gebruik zijn. De constante meting van alle parameters in real-time leidt tot continue productiemonitoring, efficiënte batch-documentatie, betere individuele waardebepaling en traceerbaarheid van de productie. Tegelijkertijd hebben de representatieve bepaling van de water-activiteit en de gecontroleerde zuurbehandeling een kostenbesparing bewerkstelligd, en zorgen zij voor een constante hoge kwaliteit van elk eindproduct. Uitgebreide procesinformatie is waardevol voor procesoptimalisatie. De slimme, directe verbinding met de IBM iSeries via de nieuwste web-based interface, die ook toegang vanuit het laboratorium mogelijk maakt, waren in het bijzonder overtuigend. De volgende stap is het combineren van de NIR-data, gegenereerd in de menglijnen, met de stoomdata van de persen. Het doel is om de energieconsumptie van de persen te beheersen zonder controle te verliezen over de water-activiteitwaarde van het eindproduct. Voor dit doeleinde moet het droogproces in de menglijn efficiënter geregeld worden en moeten alle data met elkaar verbonden worden. Door deze en andere maatregelen, is het familiebedrijf Vanden Avenne voorbereid op de uitdagingen van de komende jaren.

www.vandenavenne.be
www.perten.com

Samenvatting

Vanden Avenne is een familiebedrijf dat haar omzet heeft verdrievoudigd in de afgelopen 25 jaar. Door het opzetten van een tweede productielocatie in Floreffe, is Vanden Avenne momenteel de nummer twee van Belgische veevoerbedrijven. Om groei te blijven genereren in dit moeilijke marktsegment is het belangrijk klanten te overtuigen van een constante hoge kwaliteit en tevens te zorgen voor kostenbesparing. Vanden Avenne streeft deze strategische doelen na in een vroeg stadium. In dit artikel worden deze strategische doelen onderzocht en meer in detail besproken. De toegevoegde waarde van NIR-procestechnologie bij het realiseren van deze doelen wordt specifiek besproken.

Cookies erleichtern die Bereitstellung unserer Dienste. Mit der Nutzung unserer Dienste erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies verwenden.
Weitere Informationen Ok Ablehnen