Trocknen 101: Fehler, die Ihre Erträge zerstören

Abschrift, aus Gründen der Klarheit bearbeitet

Trocknen 101: Einführung

Vor drei Jahren, an einem nebligen Oktobermorgen, machte ich einen Besuch bei einem Lebensmittelverarbeiter, den ich nie vergessen werde. Ich war dorthin gegangen, um Kundenrecherchen durchzuführen.

Die Mitarbeiter und ich zogen uns an und bahnten uns einen Weg durch dunkle Gänge, bis wir das Qualitätslabor fanden, wo unser AQUALAB-Wasseraktivitätsmessgerät neben einer Reihe von Feuchtigkeitsmessgeräten stand. Der QA-Manager zeigte dann auf unser Wasseraktivitätsmessgerät.

"Das ist der einzige Wert, der mich interessiert", sagte sie. Dann zeigte sie auf die Bank mit den vier Feuchtigkeitsmessgeräten.

"Ich betreibe diese Maschinen, weil einer unserer Eigentümer verlangt, dass ihm am Ende eines jeden Arbeitstages Ausdrucke des Feuchtigkeitsgehalts jeder Charge zugeschickt werden.

Lieber Hörer, da AQUALAB ein Unternehmen für Wasseraktivitäten ist, war ich nicht erfreut, das zu hören. Seitdem ist mir klar geworden, dass dieser Eigentümer ein Genie ist, weil er wusste, dass die Feuchtigkeit jeder Charge die Rentabilität seines gesamten Unternehmens bestimmt.

Das ist der erste Punkt, den wir heute besprechen werden: Die meisten Lebensmittelverarbeiter verstehen nicht, was Fehler beim Trocknungsprozess sie tatsächlich kosten. Dieser Mann hat das verstanden, aber das ist nicht der Grund, warum ich mich an ihn erinnere. Ich erinnere mich an ihn, weil sich der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt in den letzten 15 Jahren nicht verbessert hatte, obwohl die Mitarbeiter der Qualitätssicherung ihm diese Daten geschickt hatten.

Mir wurde klar, dass jeder Lebensmittelverarbeiter ein Superstar in Sachen Trocknung werden könnte, wenn ich einen Weg finden würde, die Leiter der Qualitätssicherung, die Betriebsleiter, die Verantwortlichen für die kontinuierliche Verbesserung, die Leiter der technischen Dienste und die Geschäftsinhaber auf eine gemeinsame Linie zu bringen.

Das ist der zweite Punkt, den wir besprechen werden: Wie man die Fehler behebt, die einen daran hindern, ein Superstar im Trocknen zu werden.

Was ist Trocknen?

Beginnen wir mit der Beantwortung einer einfachen Frage. Was ist Trocknung? Damit ist jedes Verfahren gemeint, bei dem einem Produkt Wasser entzogen wird. Das kann Backen, Räuchern, Gefriertrocknen, Pökeln, Sprühtrocknen, Kochen, Verdampfen sein - alles sind Formen des Trocknens. Und unter Trocknung verstehen wir sowohl diskontinuierliche als auch kontinuierliche Verfahren.

Variabilität ist der Feind

Wie wirkt sich die Variabilität der Trocknung auf die Leistung von Lebensmittelverarbeitungsbetrieben aus? Die Variabilität ist der Feind. Sie führt zu über- und untertrockneten Partien. Diese Chargen führen zu geringerer Ausbeute, geringerem Durchsatz, höheren Energiekosten, schimmeligen Produkten und unzufriedenen Kunden.

Trotzdem habe ich bei meinen Besuchen in Hunderten von Lebensmittelverarbeitungsbetrieben erfahren, dass jeder von ihnen einen niedrigeren durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt hat als nötig, weil sie versuchen, die katastrophalen Kosten einer Untertrocknung ihrer Produkte zu vermeiden.

Der Zusammenhang zwischen Trocknungskonsistenz und durchschnittlichem Feuchtigkeitsgehalt ist leicht zu erkennen, wenn man sich dieses Diagramm ansieht, das zwei Histogramme zeigt, eines mit hoher und eines mit niedriger Standardabweichung.

Wenn Ihr absoluter Schwellenwert für das Scheitern einer Charge bei 14 % Feuchtigkeit liegt, dann ist es leicht einzusehen, dass das Unternehmen mit der geringeren Standardabweichung in der Lage sein wird, mit einem höheren durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt zu produzieren.

Der trocknende Superstar

Hier ist eine Karte, die den Weg von Ihrem jetzigen Aufenthaltsort zum Superstar der Trocknung aufzeigt.

Sie zeigt, wie die Variabilität Ihres Trocknungsprozesses mit der Zeit verringert werden kann. Aber warum sollte man sich auf diese Reise begeben? Warum sollten Sie versuchen, die Standardabweichung Ihres Trocknungsprozesses zu verringern? Weil das Versäumnis, dies zu tun, die Lebensmittelverarbeiter jedes Jahr buchstäblich Milliarden von Dollar an Wertverlusten kostet.

Die Kosten der Trocknungsvariabilität

Die Kosten der Trocknungsvariabilität für jeden Kunden sind leicht zu berechnen. Ich muss nur ein paar Dinge über Ihr Unternehmen wissen.

Erstens: Wenn Sie eine weitere Einheit des Produkts herstellen würden, könnten Sie diese zu einem Marktpreis verkaufen oder wäre sie wertlos? Dies ist wichtig, denn wenn Sie die produzierte Einheit verkaufen können, wird jede Ertragssteigerung mit dem Marktpreis des von Ihnen produzierten Produkts multipliziert.

Ein gutes Beispiel hierfür sind Mandeln. Wenn Sie jedoch Erdnüsse für den Zirkus herstellen, kann die Welt nur so viele davon essen, dass ein höherer Ertrag nur die Kosten der verkauften Waren reduziert.

Zweitens muss ich wissen, um wie viel Ihr durchschnittlicher Feuchtigkeitsgehalt steigen könnte, wenn Sie Ihre Partien besser trocknen würden.

Drittens muss ich wissen, wie viele Produkte Sie pro Jahr herstellen.

Würden Sie mir glauben, wenn ich sage, dass für einen relativ kleinen Lebensmittelverarbeiter ein erfolgreicher Trocknungsprozess zwischen 6 und 9 Millionen Dollar wert sein kann?

Eine Fallstudie über Zirkus-Erdnüsse

Vergleichen wir zwei Unternehmen, die Zirkus-Peanuts herstellen.

Patches hat einen konsistenten Prozess, Bozo jedoch nicht. Zum Vergleich nehmen wir an, dass Patches' Unternehmen und Bozos Unternehmen den gleichen Umsatz von 30 Millionen Dollar pro Jahr haben. Außerdem nehmen wir an, dass Zirkus-Erdnüsse, die mit einem Feuchtigkeitsgehalt von über 14 % hergestellt werden, in der Tüte schimmeln.

Patches kann seinen Prozess mit einem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von 12 % durchführen, während Bozo nur mit 10 % arbeiten kann, da er aufgrund der Standardabweichung von 2 % Feuchtigkeit mit einem niedrigeren Durchschnittswert arbeiten muss, um sicherzustellen, dass er keine untergetrockneten Chargen hat.

Das ist ein Unterschied von 2 % in der Rendite. Wie lässt sich das in Gewinn umsetzen?

Die durchschnittlichen Herstellungskosten der Lebensmittelverarbeiter in den Vereinigten Staaten betragen 67 % des Umsatzes. Da die Erträge unterschiedlich sind, muss Bozo 20 Millionen Dollar ausgeben, um seine Bestellungen zu erfüllen, während Patches nur 19,6 Millionen Dollar ausgibt, um genau die gleiche Menge an Zirkus-Erdnüssen herzustellen.

Ein durchschnittlicher Lebensmittelverarbeiter hat in den Vereinigten Staaten eine Gewinnspanne von 5,5 %, so dass Bozos Gewinn 1,67 Mio. $ beträgt. Der Gewinn von Patches liegt mit 2,07 Mio. $ um 24 % höher.

Der Aktienkurs und Unternehmenswert der meisten börsennotierten Lebensmittelunternehmen beträgt etwa das 15-fache ihres Betriebsgewinns. Das macht Bozos Geschäft 25 Millionen Dollar wert. Nicht schlecht, aber bedenken Sie, dass das Unternehmen von Patches 31 Millionen Dollar wert ist - ein Unterschied von 6 Millionen Dollar.

Diese Berechnung berücksichtigt nicht die Kosten für Qualitätsverluste, den zusätzlichen Energieaufwand für das Austreiben der Feuchtigkeit, die Maschinenzeit, die durch in Bearbeitung befindliche Chargen verbraucht wurde, die bereits hätten fertig sein sollen, oder die zusätzliche Arbeitszeit, die für die Verwaltung dieser Chargen aufgewendet wurde. Das sind nur die Kosten, die durch das Abtrocknen von Wasser, das in den Verpackungen hätte landen können, entstanden sind.

Eine Fallstudie zu Mandeln

Wenn wir die gleiche Rechnung für die Mandelerzeuger anstellen, ist der Unterschied noch größer.

Das liegt daran, dass unsere beiden Unternehmen, die wir Nutjob und Nutsanity nennen, jede Ertragssteigerung zu Marktpreisen verkaufen können. Das macht die Einnahmen von Nutjob auf 30 Millionen Dollar, aber mit den gleichen Inputs liegen die Einnahmen von Nutsanity bei 30,6 Millionen Dollar.

Ihr durchschnittlicher Feuchtigkeitsgehalt ist anders als in unserem vorherigen Beispiel, aber ihre Jahresproduktion ist anders, weil Nutsanity alle überzähligen Mandeln, die sie produzieren, verkaufen kann.

Sie produzieren 120.000 Pfund Mandeln, die Nutjob nicht produzieren konnte. Mandeln werden für etwa 5 $ pro Pfund verkauft. Die zusätzlichen Mandeln, die Nutsanity produziert, erhöhen den Gewinn auf 2,27 Millionen Dollar, was im Vergleich zu Nutjobs jährlichem Betriebsgewinn von 1,67 Millionen Dollar günstig ist.

Wenn man nun bedenkt, was Nutsanity und was Nutjob wert ist, ist Nutsanity satte 9 Millionen Dollar mehr wert.

Zwei Fehler, die zu Abweichungen führen

Da die Trocknungsschwankungen so viel Wert vernichten, müssen wir wissen, was die Ursachen dafür sind.

Lebensmittelverarbeiter machen zwei große Fehler, wenn es um die Trocknung geht: Sie verwenden die falsche Trocknungsmetrik, und sie erfassen keine Prozessdaten und schreiben sie nicht in das Chargenprotokoll.

Der erste Fehler: Verwendung der falschen Metrik

Lassen Sie uns zunächst über die Verwendung der falschen Metrik sprechen.

Die bei weitem gebräuchlichste Methode zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts bei Lebensmittelverarbeitern ist der schnelle Verlust bei der Trocknung der Feuchtigkeit.

Dies sind die Daten, die im Chargenprotokoll gesammelt werden. Diese Feuchtigkeitsbilanzen sehen wie folgt aus.

Feuchtigkeitswaagen trocknen Produkte und messen, wie stark sich ihr Gewicht dabei verändert. Was die Laborgeräte angeht, so sind sie relativ preiswert und kosten zwischen 1500 und 5000 Dollar.

An dieser Stelle endet die gute Nachricht. Schnell trocknende Feuchtigkeitsmessgeräte sind langsam, ungenau und führen eine schlechte Wissenschaft fort. Ihre Ablesung dauert 10 Minuten oder länger, und ihre Genauigkeit liegt bei plus/minus 1 % Feuchtigkeit. Das bedeutet, dass die Standardabweichung der gemessenen Feuchtigkeit in einem industriellen Prozess manchmal allein auf die Messmethode zurückzuführen ist.

Ich könnte ein ganzes virtuelles Seminar darüber veranstalten, warum Wasserwaagen nicht gut für die Messung des Erfolgs von Trocknungsprozessen geeignet sind, aber dafür haben wir heute keine Zeit.
Stattdessen werde ich einfach sagen, dass es drei Arten von Zuhörern auf dem heutigen virtuellen Seminar gibt: diejenigen, die nichts über ihren Trocknungsprozess messen, diejenigen, die die Wasseraktivität verwenden, und diejenigen, die Wasserwaagen verwenden. Wenn Sie zur letzten Gruppe gehören und davon überzeugt sind, dass Ihre Messmethode perfekt ist, bleiben Sie dran, denn ich möchte Ihnen später in dieser Präsentation ein Diagramm zeigen.

Der zweite Fehler: schlechte Prozessdaten

Der zweite Fehler, den Lebensmittelverarbeiter machen, besteht darin, dass sie keine guten Systeme zur Aufzeichnung von Prozessdaten haben und diese in das Chargenprotokoll schreiben. Ohne ein solches System bleibt die Auswirkung von Prozessvariablen auf die Feuchtigkeit ein Rätsel.

Es gibt drei Arten von Prozessdaten, die Sie in Ihrem Chargenprotokoll benötigen: Inhaltsstoffe, Umgebungsdaten und Maschineneinstellungen.

Beginnen wir mit den Zutaten. Bekommen Sie von jedem Ihrer Zutatenlieferanten ein Analysezertifikat mit Angabe des Feuchtigkeitsgehalts? Selbst wenn dies der Fall ist, ist es unwahrscheinlich, dass es sich dabei um eine nützliche Prozessvariable handelt, da die eben erwähnten Unzulänglichkeiten von Feuchtigkeitsbilanzen bestehen. Beachten Sie auch, dass Ihr Prozess durch zu feuchte oder zu trockene Zutaten sabotiert werden kann, wenn Sie den Feuchtigkeitsgehalt der von Ihren Lieferanten gelieferten Zutaten nicht kennen.

Eingehende Zutaten können sich auch auf Schritte vor dem Trocknungsprozess beziehen, die in Ihrer Fabrik stattfinden können. Wir haben zum Beispiel eine eindeutige Korrelation zwischen der Dicke der Fleischscheiben und der Trocknungszeit für Beef Jerky festgestellt. Wenn diese Daten nicht für jede Charge erfasst werden, wird eine Gelegenheit zur Verbesserung des Trocknungsprozesses verpasst.

Der zweite Faktor, der sich auf Ihren Prozess auswirkt, ist die Umgebung in Ihrer Fabrik. Dazu gehören Temperatur und Dampfdruck sowie die Lagerung nach der Verarbeitung, bei der Feuchtigkeit zu- oder abnehmen kann. Denken Sie daran, dass Ihre Ausbeute davon abhängt, was in die Verpackung kommt, und nicht davon, wie feucht Ihr Produkt war, als es aus dem Trockner kam.

Die dritte Datenquelle, die in Ihr Chargenprotokoll aufgenommen werden sollte, sind die Maschineneinstellungen. Die Änderungen, die ein Bediener an diesen Maschineneinstellungen vornimmt, sind entscheidend für den Trocknungsprozess. Nehmen Sie sich einen Moment Zeit und denken Sie an den besten Maschinenführer in Ihrem Betrieb. Wie steht er oder sie im Vergleich zu den anderen Bedienern und Mitarbeitern da? Wie viel besser ist diese eine Person als der Durchschnitt?

Die Wahrscheinlichkeit ist groß, dass sich diese Person durch die erfolgreiche Durchführung eines komplexen Prozesses einen hervorragenden Ruf erworben hat. Er oder sie ändert die Maschineneinstellungen, wann immer es nötig ist, damit der Prozess reibungslos abläuft.

Was nicht klar ist, manchmal sogar für Ihren Superstar, ist, wie er oder sie das macht. Parameter wie die Verweilzeit, die Dampfeinstellungen, die Bandgeschwindigkeit und die Ofentemperatur können alle geändert werden, aber ihr Zusammenhang mit der Feuchtigkeit bleibt oft ein Geheimnis.

Hinzu kommt, dass selbst erfahrene Betreiber möglicherweise nicht die richtigen Anreize haben, um erfolgreich zu sein. Wir haben zum Beispiel Tierfutterfabriken besucht, in denen die Betreiber mit einem um 50 % zu niedrigen Feuchtigkeitsgehalt arbeiten, weil sie in der Vergangenheit wegen Schimmelproblemen kritisiert worden waren.

Diese Fehler zu beheben, kann wie eine entmutigende Aufgabe erscheinen. Wir von der METER Group haben die letzten fünf Jahre damit verbracht, Werkzeuge zu entwickeln, mit denen Sie die Feuchtigkeit in jeder Charge, die Sie herstellen, auf ein Minimum reduzieren können. Hier sind unsere Empfehlungen für eine sofortige Verbesserung Ihrer Trocknungsmethoden.

Empfehlung Nr. 1: Besorgen Sie sich eine bessere Messlatte

Wenn Sie auf der Grundlage dieses virtuellen Seminars nichts anderes tun, erhalten Sie einen besseren Maßstab, indem Sie Ihre Feuchtigkeitsmesswerte in Ihrem Prozess durch die Wasseraktivität ersetzen.

Der Feuchtigkeitsgehalt ist ein Maß dafür, wie viel Feuchtigkeit in einer Probe enthalten ist. Die Wasseraktivität misst, wie viel Energie das Wasser hat.

Wir verstehen, dass dies in manchen Fällen schwieriger zu verstehen ist als der Feuchtigkeitsgehalt. Falls Sie mit der Wasseraktivität nicht vertraut sind: Wir messen sie, indem wir ein Produkt in eine geschlossene Kammer legen und seine relative Gleichgewichtsfeuchte messen. Wir können über die Wissenschaft der Wasseraktivität und deren Vergleich mit dem Feuchtigkeitsgehalt sprechen, aber das ist ein anderes virtuelles Seminar. Heute haben wir nur Zeit, darüber zu sprechen, warum sie besser ist als der Feuchtigkeitsgehalt.

Es gibt drei Gründe, warum dies der Parameter sein sollte, der in Ihrem Chargenprotokoll aufgezeichnet wird.

• Erstens werden katastrophale Prozesse, die den Wert einer Charge zerstören können, wie Schimmel, Hefe und krankheitserregende Bakterien, von der Wasseraktivität und nicht vom Feuchtigkeitsgehalt gesteuert.
• Zweitens ist die Empfindlichkeit eines Wasseraktivitätsmessgeräts zur Erkennung von Feuchtigkeitsveränderungen wesentlich höher als die einer Wasserwaage. Mehr dazu auf unserer nächsten Folie.
• Und schließlich ändert sich das Verhältnis zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität für ein bestimmtes Produkt nie. Das heißt, wenn Sie das zu messende Produkt kennen, kann das richtige AQUALAB-Wasseraktivitätsmessgerät den Feuchtigkeitsgehalt gleichzeitig mit der Wasseraktivität messen, und zwar mit einer Genauigkeit, die zehnmal höher ist als bei einer Wasserwaage.

Hier ist das Diagramm, das ich den Skeptikern der Wasseraktivität versprochen habe.

Sie zeigt die Beziehung zwischen der Wasseraktivität auf der einen und dem Feuchtigkeitsgehalt auf der anderen Achse für ein trockenes Produkt. Der Feuchtigkeitsgehalt befindet sich hier auf der Y-Achse. Man sieht, dass mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt auch die Wasseraktivität zunimmt.

Bei trockenen Produkten und in dem Bereich, in dem die meisten Produkte mit mittlerem und niedrigem Feuchtigkeitsgehalt liegen, ist diese Kurve relativ flach. Wenn wir in den Bereich hineinzoomen, von dem ich in unserem früheren Beispiel von 10-12 % Feuchtigkeit gesprochen habe, und das ist die Unsicherheit eines Feuchtigkeitsmessgeräts, sehen wir, dass die Genauigkeit eines Wasseraktivitätsmessgeräts mit plus oder minus 0,003 Wasseraktivitätseinheiten um eine Größenordnung größer ist als die eines Feuchtigkeitsanalysators. Es gibt einfach keinen Vergleich zwischen der Genauigkeit der beiden Methoden.

Empfehlung Nr. 2: Weg mit Stift und Bleistift 

Noch ein Hinweis auf die Führung eines vollständigen Chargenprotokolls über die Produktwasseraktivitäten. Liebe Hörerinnen und Hörer, wir leben im 21. Jahrhundert. Wir leben im Zeitalter von iPhones und Tesla-Autopiloten. Ich bin unglaublich frustriert, wenn ich Lebensmittelverarbeiter besuche und sehe, dass sie immer noch mit Stift und Papier arbeiten und ewig Daten in drei Ringbüchern festhalten, die ihnen nie helfen werden, den Erfolg ihres Trocknungsprozesses zu verbessern.

Ich bin darüber so frustriert, dass ich eine kostenlose Version von SKALA ankündige, die jedem Teilnehmer des heutigen virtuellen Seminars zur Verfügung steht. Alles, was Sie brauchen, um den ersten Schritt auf Ihrer Reise zum Trocknungsorakel zu machen, ist ein iPad, ein AQUALAB und eine kleine Box, die wir Ihnen kostenlos schicken, wenn Sie den Code NOVICE20 verwenden, wobei 20 das Jahr ist, in dem Sie Ihre Reise zum Trocknungs-Superstar begonnen haben.

Und so funktioniert es. Sobald Sie das System eingerichtet haben, klicken Sie auf dem iPad auf den Namen des Produkts, das Sie testen. Dann wird jedes Mal, wenn Sie eine Wasseraktivität durchführen, diese dauerhaft in das Chargenprotokoll geschrieben.

Ein Anwender konnte seinen Durchlaufofen nahezu in Echtzeit verfolgen und die Schwankungen erheblich reduzieren, indem er diese Daten für die Bediener in seiner Fabrik sichtbar machte.
Hier ist ein aktuelles Diagramm von diesem Kunden, das sich ergab, als er begann, die Chargenwasseraktivität jeden Tag zu verfolgen.

Hier ein Blick auf dieselbe Wasseraktivitätskurve für dieses Produkt drei Monate später.

Dieser Anwender konnte die Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts und der Wasseraktivität um 30 % reduzieren, indem er seinen Mitarbeitern einfach die Daten zeigte. Für Kunden, die Zugang zur nächsten Ebene der Trocknungsexpertise wünschen, empfiehlt AQUALAB, den gesamten Produktionsprozess zu charakterisieren und die Variablen in dieselbe Datenbank zu schreiben, die auch die Informationen über die Wasseraktivität enthält. AQUALAB bietet eine kostenpflichtige Version von SKALA an, die dies ermöglicht.

Dazu gehören die Eingangsfeuchte der Zutaten, Umgebungsparameter und Maschineneinstellungen. Ein eingebettetes Tool zur statistischen Prozesskontrolle ermöglicht es den Kunden dann, eine Liste von Variablen zu erstellen, die in der Reihenfolge ihrer Korrelation mit der Chargenfeuchte geordnet sind. Dies ist der richtige Ansatzpunkt für jede Prozessverbesserung.

Denken Sie daran, dass diese Daten, sobald Sie sie in Ihr Chargenprotokoll geschrieben haben, zu einem dauerhaften Wert für Ihr Unternehmen werden. Beachten Sie aber auch, dass Ihr Prozess komplex und einzigartig ist. Er kann charakterisiert werden, aber es erfordert Anstrengungen und Engagement Ihrerseits zur kontinuierlichen Verbesserung. AQUALAB verfügt über ein professionelles Serviceteam, das Ihnen diesen Prozess erleichtern kann, und Sie werden dafür mit Erkenntnissen belohnt, die Sie auf anderem Wege nicht hätten erlangen können.

Empfehlung Nr. 3: Weitere Verbesserungen automatisieren

Und noch etwas möchte ich Ihnen sagen: Sobald Sie den Expertenstatus als Trocknungs-Superstar erreicht haben, ist Ihnen der Oracle-Status bereits sicher. Und das liegt daran, dass wir in SKALA maschinelle Lernalgorithmen integriert haben, die den Erfolg Ihres Trocknungsprozesses Tag für Tag verbessern.

Wie machen wir das? Wir beginnen mit der Physik der Trocknung. Müssen Sie eine dieser Gleichungen kennen oder verstehen? Nein. Sie sind alle in das maschinelle Lernsystem von SKALA integriert.

Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass unser Ansatz des maschinellen Lernens keine Blackbox ist. So funktioniert er.

Welche Maschineneinstellungen führen bei jeder Charge zur besten Wasseraktivität, und zwar unter Anwendung erster Prinzipien und unter Bedingungen, bei denen Inputs wie die Produktionsumgebung und der Feuchtigkeitsgehalt der zugeführten Zutaten gemessen werden? Diese Frage stellt sich der Algorithmus für maschinelles Lernen jeden Tag.

Ein Hersteller von Fleischsnacks, die in einem Batch-Ofen geräuchert werden, hat beispielsweise vor kurzem unser SKALA-System in seiner Produktionshalle eingeführt. Das System begann mit einem Modell, das auf der Physik des Trocknens von Lebensmitteln basierte, und verwendete dann die Fleischdicke, die Feuchtkugel im Ofen, die Trockenkugel im Ofen und die Innentemperatur des Fleisches als Modelleingaben.

Jedes Mal, wenn der Trocknungsprozess abgeschlossen war, sagte das maschinelle Lernmodell in SKALA die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt für diese Charge voraus. Die Techniker maßen dann die Wasseraktivität in den Chargenproben und verglichen die prognostizierten mit den tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalten.

Jedes Mal, wenn dies geschah, konnten die Kunden nicht nur sehen, wie gut das Modell funktionierte, sondern das Modell lernte und verbesserte allmählich sein R-Quadrat und den mittleren quadratischen Fehler der vorhergesagten Feuchtigkeitswerte.

Diese Daten sind in den Diagrammen auf der linken Seite dieser Folie zu sehen. Die hier dargestellten Informationen zeigen, wie sehr sich das Modell im Laufe der ersten 60 Chargen, die der Kunde durchführte, durch geringere Fehler und eine höhere Vorhersagefähigkeit verbessert hat. Man beachte, dass mit jeder neuen Charge die Vorhersagefähigkeit des Modells verbessert wird und das System nun die Bediener warnt, wenn Trocknungsprozesse gestoppt werden sollten, um die Zielfeuchtigkeit zu erreichen. Dadurch konnte die Standardabweichung des Feuchtigkeitsgehalts einer Charge nach drei Monaten um 55 % reduziert werden.

Bitte stören Sie sich nicht an der Tatsache, dass die Steuerungsvariable des Trocknungsprozesses dieses Kunden die Verweilzeit ist. Das System funktioniert unabhängig davon, ob Ihr Steuerungsparameter die Verweilzeit, die Bandgeschwindigkeit, die Ofentemperatur, die Dampfeinstellungen oder etwas anderes ist.

Schlussfolgerungen

Lassen Sie uns also dort weitermachen, wo wir angefangen haben.

Der Kunde, den ich zu Beginn dieses Seminars erwähnte und den ich vor drei Jahren besuchte, der jeden Tag Feuchtigkeitsmessungen benötigte, ist heute ein SKALA-Kunde.

Sie verwenden die Wasseraktivität in ihrem Chargenprotokoll. Sie zeichnen die Parameter auf, die zu dieser Wasseraktivität führen, und ich freue mich, berichten zu können, dass sie in nur einem Jahr ein Expertenniveau der Trocknung erreicht haben. Sie haben noch einen weiten Weg vor sich, aber so weit zu kommen, ist etwas, auf das wir alle bei AQUALAB sehr stolz sind.
Hier ist eine kurze Zusammenfassung dessen, was wir besprochen haben.

• Fehler beim Trocknen sind kostspielig und in der lebensmittelverarbeitenden Industrie nahezu alltäglich.
• Der häufigste Fehler, den wir feststellen, ist die Verwendung des falschen Feuchtigkeitsmaßes.
• Der nächste häufige Fehler ist, dass Prozessvariablen nicht in ein universelles Chargenprotokoll geschrieben werden, das die richtige Feuchtigkeitsmetrik enthält.
• AQUALAB hat Möglichkeiten geschaffen, um ein Trocknungs-Superstar zu werden, von denen die erste absolut kostenlos ist. Wir freuen uns darauf, jedem unserer Kunden zu helfen, ein Trocknungs-Superstar zu werden.

FRAGEN UND ANTWORTEN #1

Sie erwähnten, dass sich ein Kunde mit der kostenlosen Version von SKALA um 33 % verbessert hat. Wurde nur die Wasseraktivität überwacht? Was haben sie dort gemacht?

Ja, dieser Kunde benutzte eine kostenpflichtige Version von SKALA, weil wir alle Wasseraktivitätsmessgeräte und andere Prozessparameter so eingerichtet hatten, dass sie auf einem Live-Dashboard für die Bediener angezeigt wurden. Sie benutzten also eine kostenpflichtige Version, weil unser Profi-Service-Team das ganze System installieren und unterstützen musste.

Sie hätten auch eine kostenlose Version verwenden können, um einige der Ergebnisse zu erzielen, aber in einigen Fällen ist die Anzeige dieser Daten und die langfristige Unterstützung des Systems entscheidend, um diese Ergebnisse zu erreichen.

Ich glaube also, dass viele Zuhörer des heutigen virtuellen Seminars bereits mit der kostenlosen Version bessere Ergebnisse erzielen können, aber dieser spezielle Kunde hat unser Pro-Services-Team bezahlt, um eine komplette Installation durchzuführen.

FRAGEN UND ANTWORTEN #2

Was kostet das alles, Scott?

Großartig. Das ist eine gute Frage, die wir oft gestellt bekommen. Die Kosten hängen also davon ab, wie tief Sie bei der Installation gehen wollen, wie viele Datenquellen Sie in den Batch-Datensatz integrieren.

Eine sehr einfache Faustregel. Und was die Kosten angeht, so wissen wir, dass die Lebensmittelverarbeiter sehr preisempfindlich sind. Wir haben vorhin im Seminar darüber gesprochen, dass die durchschnittliche Betriebsmarge von Lebensmittelverarbeitern 5,5 % beträgt. Das ist wenig. Ein guter Weg, darüber nachzudenken, ist also der Vergleich mit anderen Ansätzen zur Verringerung der Variabilität, wie z. B. der Anschaffung neuer Produktionslinien, besserer Maschinen, intelligenter Maschinen und dergleichen, die Millionen von Dollar kosten. Der beste Maßstab dafür, wie viel Sie das kosten wird, ist das, was Sie verlieren, wenn Sie kein Trocknungs-Superstar sind.

Wie hoch ist also diese Zahl? Bei fast allen unseren Kunden beläuft sich der Preis, den wir ihnen berechnen, auf etwa 10 % dieses Wertes. Ein Beispiel: Ein Mandelproduzent hat die Möglichkeit, 600.000 Dollar pro Jahr für ein System zu erhalten, das alle Prozessparameter, alle Daten zur Wasseraktivität, alle Produktionsdaten der Fabrik, alle eingehenden Zutaten, alles, was ein Zehntel dessen kostet, was er an Gewinnsteigerung zu erwarten hat.

Und ich werde oft gefragt: "Sind Sie bereit, dafür zu garantieren?" Ja, das sind wir. Wir sind bereit, es mit Ihnen zu testen, und wir sind bereit, es zu garantieren. Wir wissen, dass es Ihnen nichts bringt, wenn Sie keinen höheren Gewinn erzielen. Eine gute Faustregel ist also ein Zehntel des Gewinns, den Sie durch die Einführung eines besseren Trocknungssystems erzielen können, und das sind die Dinge, die wir unseren Kunden garantieren.

FRAGEN UND ANTWORTEN #3

Wie effektiv wäre SKALA bei einem Prozess wie der Trocknung von Cannabis, bei dem keine kontinuierliche Überwachung der Umweltkontrollen möglich ist?

In der Cannabisbranche haben wir also die Erfahrung gemacht, dass wir Zugang zu diesen Daten haben. Nehmen wir also an, dass Ihre Trocknungsräume im Moment keine Kontrolle haben. Zumindest würden wir einen Temperatur- und einen Luftfeuchtigkeitssensor in diesen Räumen anbringen und diese Daten im Laufe der Zeit verfolgen. Allein diese beiden Datenpunkte reichen aus, um den Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität jeder Charge in diesem Trockenraum live vorherzusagen. Das System funktioniert also nicht ohne Prozessparameter, aber selbst in Fällen, in denen Ihre Trockenräume nicht über solche Parameter verfügen, sind sie sehr leicht zugänglich.

FRAGEN UND ANTWORTEN #4

Gibt es eine Schnittstelle zwischen SKALA und anderen Lebensmittelsicherheitsprogrammen zur Einhaltung von FSMA und HARPC-Plänen?

Ja, das stimmt. Die Antwort auf diese Frage besteht also aus zwei Teilen.

Erstens: Ja, SKALA verfügt über eine API, über die Daten an andere Systeme gesendet und von diesen verarbeitet werden können, z. B. an ein ERP-System, ein Lebensmittelsicherheitsprogramm oder ein Produktionssystem. SKALA kann sich mit diesen Systemen verbinden.

Aber ein wichtiger Punkt ist, dass SKALA selbst, und darüber haben wir heute noch gar nicht gesprochen, ein 21 CFR Part 11-konformes System ist, was bedeutet, dass wir, wenn Sie ein Produkt herstellen und protokollieren müssen, dass die Tötungsstufe erreicht wurde, diese Daten aus Ihrem Produktionsprozess erfassen. Wir schreiben sie permanent in ein 21 CFR Part 11-konformes Softwaresystem, und sie stehen internen Auditoren, externen Auditoren und Lebensmittelsicherheitsmanagern zur Verfügung, um sie jeden Tag zu überprüfen, bevor die Chargen tatsächlich ausgeliefert werden. SKALA selbst funktioniert also als Lebensmittelsicherheitssystem. Es ist nur nicht das, worüber wir heute in unserem Seminar über Trocknungsprozesse gesprochen haben.