Simulation sichert Materialfluss in der Schokokeksproduktion

Lebensmittelhersteller: Puffer und Speicher gegen Störungen in der Verpackung

Ein Hersteller von Schokokeksen plante eine komplett neue Produktionslinie – von der Teigbereitung über Backofen und Schokoladenguss (Eintafelanlage) bis zur Verpackung mit Palettierung. Anlagen dieser Größenordnung bewegen sich in einem Investitionsvolumen um 20 Mio. €. Weil ein Stillstand in einem Anlagenteil sofort auf alle anderen wirkt, sicherte das Unternehmen die Planung vor der Vergabe simulativ ab: Anlagenwirkungsgrad über 95 % statt rund 85 %, rund 10 % weniger Rohstoffverlust, um 40 % kleiner dimensionierte Speicher – bei einem Simulationsaufwand von unter 0,2 % der Investitionssumme.

Das Projekt in Zahlen

Kennzahl	Wert
Investitionsvolumen der abgesicherten Anlage	Größenordnung 20 Mio. €
Simulationsaufwand	unter 0,2 % des Investitionsvolumens
Projektlaufzeit	rund 3 Monate
Anlagenwirkungsgrad	von rund 85 % auf über 95 %
Vermeidbarer Rohstoffverlust	rund 10 % der Sollmenge
Erforderliche Pufferkapazität	rund 40 % geringer als geplant

Ausgangssituation: Störungen in der Verpackung wirken auf die ganze Linie

Herstellung und Schokoladenguss sind kontinuierliche Prozesse mit langen Durchlaufzeiten: Ware, die bei einem Stillstand im Ofen oder in den Kühlstrecken steht bzw. stehen würde, ist verloren und muss ausgeschleust werden. Die Verpackung arbeitet dagegen diskontinuierlich und bringt die meisten Kurzstillstände mit – Folienrollenwechsel, Magazine nachlegen, Prüfzyklen. Damit wird sie zum kritischen Anlagenteil: Jeder Rückstau, der bis zum Ofen durchschlägt, kostet nicht nur Zeit, sondern Rohstoff.

Zielsetzung: Rückwirkungen früh erkennen und Speicher richtig auslegen

• Speicher zwischen Herstellung und Verpackung so positionieren und dimensionieren, dass Kurzstillstände abgefangen werden – ohne Investition in überdimensionierte Puffer
• eine Steuerungslogik entwickeln, die die Anlagenteile über Speicherfüllstände koppelt, statt sie nur mechanisch zu entkoppeln
• den wirtschaftlichen Betriebspunkt und den zu erwartenden Anlagenwirkungsgrad als belastbare Planungsgrößen ermitteln

Lösung: Simulationsmodell der gesamten Prozesskette

SimPlan bildete den durchgängigen Materialfluss von der Teigcharge bis zur gewickelten Palette ab – mit Verfügbarkeit und mittlerer Reparaturdauer für jedes durchsatzrelevante Element und stochastisch erzeugten Störungen. Nach der Validierung gegen die geplante Nennleistung folgten über 30 Experimente mit je vier Wochen simulierter Betriebszeit, zusammen mehr als zwei Jahre virtueller Produktion.

Entscheidend war eine füllstandsabhängige Speichersteuerung: Die Puffer der Verpackung regeln die Taktleistung des Schokoladengusses, der Füllstand des Zwischenpuffers davor steuert die Zufuhr zum Ofen. Die Linie bremst sich selbst herunter, bevor ein Rückstau entsteht – anstatt bereits gebackene Ware zu verwerfen.

Ergebnisse: Robuste Anlage mit belastbaren Auslegungsdaten

Rund 10 % Rohstoffverlust wurden vermeidbar. Bei voller Nennleistung musste die Ofenzufuhr über 200 Mal in vier Wochen zwangsweise geschlossen werden – im Mittel etwa eine Stunde Verlustzeit pro Schicht. Am ermittelten Betriebspunkt trat das praktisch nicht mehr auf, bei nahezu unverändertem Palettenausstoß: Die Linie liefert die gleiche Menge Fertigware aus deutlich weniger Rohstoff.

Der Anlagenwirkungsgrad stieg von rund 85 % auf über 95 %. Im Ausgangskonzept gingen etwa 5 % der Sollleistung in der Herstellung und etwa 10 % durch Wechselwirkungen zwischen Schokoladenguss und Verpackung verloren.

Die Puffer konnten rund 40 % kleiner ausgelegt werden. Die kleinere Speichervariante erreicht denselben Durchsatz und denselben Wirkungsgrad; die Geschwindigkeitsreserven der Anlage fangen die häufiger erreichten Kapazitätsgrenzen vollständig auf. Die größere Variante wäre wirkungslos geblieben.

Der wirtschaftliche Betriebspunkt liegt gut 10 % unter der Nennleistung. Darüber steigen die Verluste überproportional, weil die Ofenzufuhr immer häufiger schließen muss. Eine gezielte Verfügbarkeitsverbesserung an nur zwei Schlüsselstationen hob den Wirkungsgrad zusätzlich um über 5 Prozentpunkte – ein Argument für die Verhandlung mit den Anlagenlieferanten und eine Prioritätenliste für die Instandhaltung.

Warum durchgängige Simulation bei kombinierten Prozess- und Verpackungsanlagen zählt

Puffer allein lösen das Problem nicht. Sie wirken erst, wenn die Steuerung ihre Füllstände nutzt, um die vorgelagerten Prozesse rechtzeitig zu verlangsamen. Wo diese Kopplung fehlt, hilft auch der größte Speicher nicht – wo sie funktioniert, genügt oft ein deutlich kleinerer. Beides lässt sich vor dem Bau nur simulativ herausfinden. Das gilt für Hersteller von Schokoladenprodukten ebenso wie für andere Unternehmen mit mehrstufigen Produktions- und Verpackungslinien.