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Dipl. Maschinenbautechniker/in HF

Anlagenoptimierung

Im Bereich der Lebensmittelverarbeitung

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Thema der Prozessoptimierung im Bereich der Nussverarbeitung bei der Firma Patiswiss AG. Der Bedarf zur Optimierung ergab sich aus ineffizienten Produktionsabläufen und einem hohen Mass an manuellem Arbeitsaufwand. Das übergeordnete Ziel war die Steigerung der Effizienz und der Minimierung der manuellen Intervention sowie der Verbesserung von Ergonomie und Gesundheitsschutz innerhalb der Produktionsumgebung.

11. November 2023
Peter Biedermann

Vorgehen
Durch eine umfassende Analyse der Ausgangslage konnten gezielte Verbesserungen identifiziert werden. Nach umfangreicher Ideenfindung und der Bildung von zwei Varianten, wurde die optimale Lösungsvariante «Integrierte Automatisierung und Sensorik» anhand einer Nutzwertanalyse ausgewählt. Die detaillierte Planung und Umsetzung der Lösungsvariante anhand des 4-Phasen Modells führten zu einem erfolgreichen Gesamtkonzept. Dieses wurde einer umfassenden Risikoanalyse unterzogen und daraus folgend geeignete Massnahmen und Strategien zur Minimierung abgeleitet. Die SWOT-Analyse verdeutlicht die Stärken und das Potential, identifiziert Schwächen und Risiken und zeigt mögliche Massnahmen zu derer Vermeidung. Eine Kosten-Nutzen-Analyse untersuchte die Wirtschaftlichkeit der Investition.


Ergebnisse
Die Implementierung automatisierter Anlagekomponenten führte zu einer signifikanten Steigerung der Produktionsleistung, die das veranschlagte Ziel von 25% übertraf. Des Weiteren wurde die Sackabfüllung durch ein Abfüllrohr mit Füllstandsüberwachung und manuell bedienbarer Klappe am Auslaufrohr konzipiert. Durch die kontinuierliche Arbeitsweise der Anlage konnte die manuelle Intervention drastisch reduziert werden. Der Bedieneraufwand wird dadurch deutlich reduziert und die Kontinuität des Produktflusses verbessert sich erheblich. Die geforderte Produktequalität wird konsequent eingehalten. Alle geltenden Sicherheitsbestimmungen wurden erfolgreich umgesetzt, was zu einer verbesserten Ergonomie und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz führte. Es traten keine signifikanten Abweichungen von den definierten Zielen auf, was auf eine erfolgreiche Umsetzung hinweist. Der Auftraggeber profitiert von einer deutlichen Steigerung der Produktionskapazität und zugleich einer Aufwertung der Arbeitsplätze. Die Flexibilität der Anlage ermöglicht es, auf zukünftige Anforderungen schnell zu reagieren und gegebenenfalls weitere Automatisierungslösungen in die Produktion zu integrieren.


Ausblick
Im Ausblick ergeben sich vielversprechende Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der Produktionsanlage. Ein Upgrade der Steuerungstechnik von Siemens S5 auf S7 sowie die Teilautomatisierung der Sackabfüllung stellen potenzielle Massnahmen dar, um die Effizienz und Produktionsleistung weiter zu steigern. Es empfiehlt sich, diese Möglichkeiten in zukünftigen Planungen zu berücksichtigen und entsprechende Ressourcen dafür einzuplanen.
Basierend auf den Ergebnissen wird empfohlen, die Implementierung ähnlicher Optimierungen in anderen Produktionsbereichen zu prüfen.
Eine weitere Möglichkeit der Optimierung stellt die Evaluierung von Energie-Management Systemen dar, welche die Betriebskosten und die Auswirkungen auf die Umwelt verbessern können. Zudem sollten mögliche zukünftige Entwicklungen im Auge behalten werden, um die Anlage flexibel anpassen zu können.

Anlage vor Optimierung. Im Bild rechts die Schneidanlage, links die Siebanlage, welche über ein Steigförderband beschickt wird.
1/7 Anlage vor Optimierung. Im Bild rechts die Schneidanlage, links die Siebanlage, welche über ein Steigförderband beschickt wird.
Prozessflussdiagramm vor Optimierung.
2/7 Prozessflussdiagramm vor Optimierung.
Layout der optimierten Anlage. Zusätzliche Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
3/7 Layout der optimierten Anlage. Zusätzliche Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
Prozessflussdiagramm nach Optimierung. Implementierte Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
4/7 Prozessflussdiagramm nach Optimierung. Implementierte Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
Die Automatisierungselemente und Trichter für die PTA-Containerbefüllung der Granulatstufen, welche an der Siebanlage ausgegeben werden.
5/7 Die Automatisierungselemente und Trichter für die PTA-Containerbefüllung der Granulatstufen, welche an der Siebanlage ausgegeben werden.
Die Automatisierungselemente und die Abfüllanlage für 25kg Papiersäcke, in welche der Feinanteil als Ausgangsprodukt nach dem Siebvorgang ausgegeben wird.
6/7 Die Automatisierungselemente und die Abfüllanlage für 25kg Papiersäcke, in welche der Feinanteil als Ausgangsprodukt nach dem Siebvorgang ausgegeben wird.
Die Abfüllanlage mit Sammeltrichter, welcher über eine manuell bedienbare Klappe entleert werden kann. Oberhalb des Trichters ist die Lasche zur Befestigung des Füllstandsüberwachungssensors ersichtlich, welcher den Förderprozess als einfache Zweipunkteregelung steuert.
7/7 Die Abfüllanlage mit Sammeltrichter, welcher über eine manuell bedienbare Klappe entleert werden kann. Oberhalb des Trichters ist die Lasche zur Befestigung des Füllstandsüberwachungssensors ersichtlich, welcher den Förderprozess als einfache Zweipunkteregelung steuert.
Anlage vor Optimierung. Im Bild rechts die Schneidanlage, links die Siebanlage, welche über ein Steigförderband beschickt wird.
Prozessflussdiagramm vor Optimierung.
Layout der optimierten Anlage. Zusätzliche Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
Prozessflussdiagramm nach Optimierung. Implementierte Elemente zur Lösungsumsetzung grün dargestellt.
Die Automatisierungselemente und Trichter für die PTA-Containerbefüllung der Granulatstufen, welche an der Siebanlage ausgegeben werden.
Die Automatisierungselemente und die Abfüllanlage für 25kg Papiersäcke, in welche der Feinanteil als Ausgangsprodukt nach dem Siebvorgang ausgegeben wird.
Die Abfüllanlage mit Sammeltrichter, welcher über eine manuell bedienbare Klappe entleert werden kann. Oberhalb des Trichters ist die Lasche zur Befestigung des Füllstandsüberwachungssensors ersichtlich, welcher den Förderprozess als einfache Zweipunkteregelung steuert.
Peter Biedermann Polymechaniker mit Abschluss zum Techniker Maschinenbau HF. Seit 2019 bei Mechtop AG - Mechanics in Motion, in der Position als Projektleiter und im Verkaufswesen tätig.

Die Diplomarbeit steht als Inspirationsquelle frei zur Verfügung. Bitte beachten Sie, dass es mir wichtig ist, bei einer direkten Übernahme von Textpassagen oder Inhalten die entsprechenden Quellen zu zitieren oder gegebenenfalls die notwendigen Genehmigungen einzuholen, um etwaige Urheberrechte zu respektieren. Nutzen Sie die Arbeit als Anregung, um eigene Ideen zu entwickeln und weiterführende Arbeiten zu inspirieren.

Der Verfasser
Im November 2023

Peter Biedermann

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