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Mar 07, 2023

食品加工業者が水と光熱費を適切に管理する方法

Gli effluenti sono un'area in cui i trasformatori devono prestare attenzione su entrambi i fronti.

排水は、スケール防止剤からのリンが排水に混入するなど、加工業者が効率性と規制上の懸念の両方に注意を払う必要がある領域です。 US Water は、リンを使用しないスケール防止剤である PhosZero を開発しました。 この画像はリンを含まない放流水です。

写真提供：US Water

オフィスビルでは、エネルギーと水の使用量を削減するためにさまざまな方法が講じられています。

日光と外気を利用することで、エネルギーと空調コストを削減できます。 シンクや低流量トイレにエアレーターを設置すると、水の使用量を減らすことができます。 HVAC の設定値を上げてデマンド レスポンス プログラムに参加したり、一日の終わりに電源タップをオフにして機器が電力を消費するのを防ぐことができ、休憩室の高効率食器洗い機により水の使用量を削減できます。

しかし、食品加工施設では、生産需要により、エネルギーと水の効率が他のタイプの施設とはまったく異なる課題になります。つまり、加工業者は、光熱費の管理を改善し、コストを節約し、企業の持続可能性の目標を達成しようとするときに、創造性を発揮する必要があることを意味します。 。

オフィスビルの比較は、重要な分野の 1 つで当てはまります。食品生産工場ではエネルギーと水についてどのように異なる考え方をしなければならないか、加工業者は何かを活用できずに設備やトレーニングへの投資を主張しなければならないかを示しています。 、新しいオフィス照明など、6 か月の投資回収期間があります。

生産時にエネルギーと水を節約する方法はありますが、それらは生産需要と規制要件に従属します。 オフィスビルは建築基準に準拠する必要がありますが、FSMA 要件、その他の安全規制、特定の基準を満たす生産慣行に対する顧客の要求と比較すると、それらはどれほど複雑ですか?

「エネルギーを節約するためだけに食品を殺菌温度まで上げることはできません」と、ヒクソン社の副社長兼プロセスエンジニアリングマネージャーのウォーレン・グリーン氏は言う。

グリーン氏は、牛乳の生産に必要な手順を検討します。

「最初は冷たくしてから温めなければなりません。その後、伝統的な白乳の場合は、冷ましてから再び冷蔵しなければなりません」と彼は言います。

これらすべてにはエネルギーと水が必要であり、生産プロセスのすべての部分を追加し始めると、それらの需要は飛躍的に増大します。 そのため、エネルギーと水の管理と効率化は困難な課題になりますが、不可能ではありません。 プロセッサーにはオプションがあり、それらのオプションをどのように活用できるかを理解することは、エネルギー、水、およびそれらの両方に必要な費用の節約を達成するために重要です。

おそらくこの言葉を何百万回も聞いたことがあるでしょう。それには正当な理由があります。測定しないものは管理できないからです。

たとえそのような言葉で表現していなかったとしても、このコンセプトは制作のあらゆる側面に適用される可能性が高くなります。 稼働中に損傷した生産ラインから特定の製品が何個取り出されるかを測定し、許容可能な故障率内に収まっていることを確認します。 ピーク時にどのくらいの生産能力があるのか​​、また必要に応じて生産を拡大するためにどのくらいの余裕があるのか​​を測定します。 生産ラインの従業員の数、従業員の労働時間、状況が必要な場合にどれくらいの人数でやっていけるかを測定します。

これらすべてを管理できるように測定するのであれば、ユーティリティも同様であるはずです。 まず、公共料金の請求書を確認し、次の 2 つの質問をします。

それはとても簡単なことのように聞こえますが、実際その通りです。 しかし、それはより複雑な疑問への出発点にすぎないと、US Water社の食品・飲料業界コンサルタントのスティーブ・タッパー氏は言う。 「ほとんどの場合、（加工業者は）水の流入と流出を知っていますが、アプリケーションごとには知りません」と彼は言います。 「ほとんどのプラントは最小要件と最大要件から大きく外れていますが、正確な測定値がないため、それがわかりません。」

これはエネルギーにも当てはまります。 どちらの場合も、電気、水道、天然ガスの使用量の最高額を調べるのは簡単です。 しかし、ベルトコンベアはどれくらいの電力を使用しているのでしょうか? 洗浄に使用する水の量はどれくらいですか? あなたのオーブンと乾燥機はどれくらいの天然ガスを使用していますか?

これらの質問に答えることができれば、効率性を見つけるために実際に使用できる情報が手に入ります。 ロックウェル・オートメーションのエネルギー技術マネージャー、フィル・カウフマン氏は、古い機器は「ブラックボックス」だったと語る。 通常、そこからどのくらいのエネルギーが使用されているかに関する情報を引き出すことはできないため、生産プロセスの各ステップごとにエネルギー使用量を内訳することはできません。

さて、工場内の各機器にはおそらくレポート機能があり、古い機械の場合はアップグレードされれば機能する可能性があります。そのすべてのデータを評価して、各機器がどのようにリソースを必要とし、それらすべてのリソースがどのように必要なのかを確認できます。合計します。

「機械であれ、ポンプであれ、バルブであれ、こうした情報にはすべて何らかのエネルギーが含まれています」とカウフマン氏は言う。 「それで、今あなたはこの情報を取得しています。そして、その旅はそれを製造の文脈に当てはめることです。あなたはブラックボックスから多くの情報に移行しました、そして今、情報には文脈が必要です。」

その情報を活用する方法は数多くあり、機器のアップグレードや機能の最大化から、改善されたトレーニングの提供やオペレーターの役割に焦点を当てたものまで多岐にわたります。 しかし、それらはすべて測定の時点から始まります、と US Water の食品および飲料業界の戦略的ビジネス リーダーであるブレット ロビソン氏は言います。

「測定しなければなりません」と彼は言います。 「各用途で使用する水の量と質を測定する必要があります。それが完了したら、重点分野に優先順位を付けることができます。」

これらの重点分野を特定して取り組むのは気が遠くなるように思えるかもしれません。また、生産プラント内に個別のコンポーネントがいくつあり、それぞれがどれだけの電気、天然ガス、または水を使用しているかを考えると圧倒されるかもしれません。 しかし、適切なデータから始めれば、プロセスがどれほど効率的であるかを評価し、それをどのように改善できるかを評価するのがはるかに簡単になります。

たとえば、規制により、養鶏場で処理される鳥 1 羽につき一定量の淡水を使用することが義務付けられています。 その基準にどの程度近づいているかについてのデータはありますか? 明らかにそれを下回ることはできませんが、25% 上回る必要はありません。 それとも、キルステップで 180°F の温度が必要な場合、180°F または 181°F、あるいはそれ以上の温度にしますか? 達成しなければならない目標にどれだけ近づいているかを正確に把握できれば、可能な限り最も効率的な方法で目標を達成しているかどうかを判断できます。 オーブンで 1 度追加することは大きな違いのように思えないかもしれませんが、生産シフト全体、週、月、または年間の労働時間全体でどれくらいの追加エネルギーが必要になるかを考え始めてください。

規制面のもう 1 つの要素は、特に水中の物質に関しては、排水などの要素に対する要件です。 地方、州、連邦の規制はすべて、水に含まれるさまざまな物質の量を「X 未満」にすることを義務付けており、水がこれらの規則に違反しないようにするには、エネルギー投資が必要になる場合があります。

「例えば、リンのようなものはますます厳しく規制されています」とロビソン氏は言う。 「工場から出荷されてから10年間2ppmを維持できたからといって、おそらく来年は0.5ppmになるでしょう。」

リンはスケール防止剤の一般的な成分であり、多くの州ではリンの排出、ましてや 2 ppm の排出を禁止しています。 US ウォーターは最近、リンを使用しないスケール防止剤を開発しました。

リンの排出は、将来の規制強化の可能性が、排出水のようなものを可能な限り効率的に処理することを支持するもう一つの議論であることを示す一例にすぎません。 規制が強化される場合、そのプロセスを評価することを気にしたことがなかったために、効率的ではなく、突然巨額の費用がかかるプロセスに巻き込まれることは望ましくありません。

したがって、最初のステップは、必要な目標をできるだけ効率的に達成できるようにすることです。 次に、全体的な効率を向上させるために何かできることがないかどうかを確認するために、全体的な視点と詳細な視点の両方からプロセスを検討します。単に「規制を満たしているから大丈夫」と言うのではありません。 。」

大局的な観点からは、生産の一部を別の時間帯にシフトできるかどうかなどから始めることができます。 需要のピーク時間帯は電力網に多大な負担をかけ、電気代が高額になるため、2 番目または 3 番目のシフトに生産実行をスケジュールできますか? あるいは、それができない場合、ピーク時のエネルギー使用量を削減する他の方法を見つけることはできますか?

ロックウェル・オートメーションのホワイトペーパーに掲載された 2 つのグラフは、効率の変動が大きい製造オペレーションと高効率オペレーションに重点を置いた製造オペレーションの違いを示しています。グラフ提供: ロックウェル・オートメーション

ユーティリティとマシンの両方が、ピーク使用量の評価に役立つデータを提供します。 機械は、プロセスの各部分でどれくらいの量を使用しているかを教えてくれます。 このユーティリティを使用すると、その時間帯の使用にどれくらいの費用がかかるかを知ることができます。 ピーク時の使用量の急増により多額の需要料金が発生すると、文字通り数千ドルの費用がかかる可能性があります。

「こうした容疑が存在するという認識と知識だけがステップ1のようなもので、ステップ2は『日常業務で実質的にできることは本当にあるのか』ということだ」とヒクソンのグリーン氏は言う。 「そんな余裕がない人もいるし、予定をもう少し余裕を持って変更できる人もいるかもしれない。

「しかし、メーカーの観点から見ると、出荷があり、製品を製造しなければならない場合、需要請求が邪魔になることはありません。生産は最も重要であり、彼らは次のことを行うことができなければなりません。」製品を作る必要があるときに製品を作ります。」

役立つ機器ベースのソリューションの 1 つは、可変速ドライブとモーターです。 ピーク時にモーターを 0 から 100% まで始動しなければならないのは予算の無駄です。 すでに動作している可変速ドライブ、またはモーターを 0 パーセントから 20 パーセントで始動するだけでよい可変速ドライブの速度を上げることは、はるかに効率的で、コストも大幅に削減されます。 可変速装置を利用できるようにすることで、コストをある程度制御しながら、生産ニーズや必要な容量の突然の増加に対応できます。

もう 1 つの可能性は、生産を変更できない場合でも、製氷などの作業にオフ時間を利用することです。 需要が少ない夜間に氷を作ることで、その場で作らなくても、日中にそれを使用して冷却することができます。

新しい機器は、提供できる情報だけでなく、操作効率の点でも大きな利点をもたらします。 しかし、これはフードプロセッサーにとってちょっとした難問につながります。15 年または 20 年の耐用年数が見込まれる機器を購入する場合、耐用年数の終わりに近づいても、その機器は依然として効率的でしょうか?

答えは、よくあることですが、「たぶん」です。 現在、大規模な設備投資は効率の点で最高レベルにあるかもしれませんが、その後は予想される耐用年数の半分で時代遅れになる可能性があります。 残念ながら、そのようになるかどうかを予測する方法はないため、処理業者はそのリスクを引き受ける必要があります。

たとえ大規模な設備投資が将来の効率化の機会を犠牲にすることを意味するとしても、生産プロセス全体を最大限に活用する他の方法はあります。 乾燥機の寿命は 20 年ですが、生産ラインの他のコンポーネントは寿命に達しない可能性があるため、耐用年数が終了したら、より効率的なオプションに交換できます。

これらすべては、プロセッサーが合理的な期間内に効率目標を達成するのに役立つ機器を確実に入手できるように、事前にできる限りのことを行う必要があることを意味します。 もちろん、データはその大きな部分を占めており、より多くのデータを利用できるようにすることで、長期的な節約を最大化するために前払い費用を増やすというビジネスケースを作成するのに役立ちます。

規模の大小を問わず、アップグレードの主張をする場合、処理業者は承認の可能性を高めるためにいくつかの措置を講じることができます。 ほとんどの人が思い浮かぶのは、比較的短期間で回収できるということです。なぜなら、より多くの人が効率性と持続可能性の取り組みに慣れるにつれて、「今はもっとお金を払っても、時間が経てばもっと節約できる」という考えを受け入れるようになるからです。 。」 財務上の意思決定を行う人々がその考えに前向きであれば、データに裏付けられた予測があれば、前もってより多くの資金を投じることが容易になります。

USウォーターのロビソン氏は、「人々は依然として適切なビジネス上の意思決定をしようとしているが、意思決定においてもう少しデータ主導型になろうとしている」と語る。 「古くて古い工場に足を踏み入れるかもしれませんが、そこには何百万ドルも投資したばかりの新しい設備が 5 台あります。まあ、時には手持ちのものを使って作業しなければならないこともありますが、時には自分の持っているものを使って作業しなければならないこともあります。 , 「これは、ある時点で資本の投資を検討したいところです。なぜならここに見返りがあるからです。」という計画を立てる必要があるかもしれません。」

機器、データ収集、測定、戦略はすべて重要ですが、非効率な運用によってそれらの一部またはすべてが台無しになる可能性があります。 オフィスビルの例に戻ると、従業員にサーモスタットへのアクセスを許可すると苦情は減るかもしれませんが、おそらく暖房費には何のメリットもありません。 同様の概念がプラントの運用にも当てはまります。 自動化と制御はプロセスの要素を効率的に管理することで役立ちますが、オペレーターは仕事を遂行するために柔軟性が必要です。 それによって最善の計画が台無しにならないようにするには、生産効率の観点だけでなく、リソース効率の観点からもオペレーターの仕事のやり方を評価する必要がある、とカウフマン氏は言います。

「オペレーターはそれぞれ異なります」と彼は言います。 「自動化が進んでいるにもかかわらず、設定や調整の仕方は人それぞれです。さまざまなオペレーターが自分の仕事を非常に優秀にこなしていることがわかりますが、その後、『ああ、彼らは昼食時にすべてをオンのままにしている』ことがわかります。これはエネルギーの無駄です。」

「私たちは誰もが（オペレーターとして）ジョーのようになってほしいと思っていますが、エネルギーという観点から見ると、誰もがナンシーのようになってほしいと思っています。」

オペレーターがジョーとナンシーの両方の良い部分を確実に真似できるようにするには、トレーニングが鍵となります。 運用効率のトレーニングは、手順の追加や重複によって時間やリソースを無駄にしないようにするのに役立ちます。また、エネルギー効率のトレーニングは、リソースが無駄にならないように機器をシャットダウンするタイミングやその他の手順を実行するタイミングを理解するのに役立ちます。

また、操作手順の文書にはエネルギーの側面が含まれていることを確認してください。

効率的に動作するために時間と労力を費やしたプロセッサーは、目標と規制要件を満たすという点で実際の結果を得ることができます。

詳細については：

ヒクソン、www.hixson-inc.com US Water、www.uswaterservices.comRockwell Automation、www.rockwellautomation.com

Casey Laughman は、Food Engineering 誌の元編集長です。 彼は、主流および業界出版物のライターおよび編集者として約 20 年の経験があります。 彼は、2 つの通信社でライターおよび編集者として数年間勤務し、その後、法律出版物の編集者および商業施設市場を扱う業界誌の編集長になりました。