Suunnittelutyö laitosinvestoinnin keskiössä

Investointihankkeisiin vaikuttavien sidosryhmien määrä on hämmästyttävän laaja. Laitosinvestoinnit ponnistavat liikkeelle erilaisista lähtökohdista. Uudishankkeissa laitoksen sijaintipaikka saattaa olla päättämättä. Silloin aloitetaan konseptin suunnittelusta. Toiminnan laajuus ja luonne määrittävät ympäristöluvan, kemikaaliluvan ja rakennusluvan hakemista.

Prosessin laajennukset tarvitsevat usein rakennusluvan ja mahdollisesti luvan kemikaalien käsittelyyn ja varastointiin. Jälkimmäisen myöntää turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tukes tai pienimuotoisempaan toimintaan paikallinen pelastusviranomainen. Asianmukaiset prosessin riskinarviot muutosta edeltävästä, muutoksen aikaisesta ja valmiista toiminnasta on tehtävä ihmisten ja ympäristön turvaamiseksi.

Ennen investointia tehdään rakennettavuusselvitys. Siinä tarkistetaan velvoittavat asetukset, direktiivit, standardit ja määräykset, jotka koskevat tai voivat koskettaa investointia. Samassa yhteydessä tarkistetaan tilaajan resurssit, olemassa olevien käyttöhyödykkeiden riittävyys ja kunto, ympäristö- ja kemikaaliluvan velvoitteet, varastoitujen vaarallisten kemikaalien määrät ja tuotantotaloudelliset perusteet investoinnille.

Usein edellä esitettyjen asioiden myötä nousee uusia kysymyksiä. On tärkeää varata selvitystyölle aikaa. Jokainen investointi on ainutkertainen ja läpimenoaika on selvitysvaiheessa suuntaa antava. Usein elintarviketeollisuuden investointeihin ryhtyvä on niin sanottu kertarakentaja, jolloin projektinhallinnasta puuttuvat rutiinit.

Kaikki rakentamista koskeva lainsäädäntö on sellaisenaan voimassa korjaus- ja uudisrakentamisessa. Palo- ja räjähdysturvallisuuteen tulee kiinnittää huomiota ja arvioida työturvallisuuden ja ympäristövahinkojen riskit realistisesti. Juridinen vastuunjako kannattaa muistaa: toiminnanharjoittaja tai suunnittelija ei vapaudu ankarasta vastuustaan lain edessä siitä syystä, ettei tarkastava viranomainen tiennyt tai tuntenut tarkastettavan rakennushankeen erityispiirteitä.

Kustannusarviot tarkentuvat investoinnin edetessä

Teollisuuden investointihankkeet antavat esiselvitys- ja konseptivaiheessa investoinnista karkean kokonaiskustannusarvion: +/- 25–40 prosenttia, kun huomioidaan prosessin monimuotoisuus ja uuden teknologian taso. Tältä pohjalta hahmottuvat investoinnin kustannukset, joille voidaan hakea rahoitusta ja investointilupaa.

Tarkentamalla prosessin käyttäjävaatimuksia, sijoituspaikkaa ja rakennusvaatimuksia kustannusarviossa voidaan päästä tarkkuustasolle +/-15–25 prosenttia. Silloin on huomioitu kattavammin suunnittelu ja päälaitteiden hankinnat asennustöineen, maanrakentaminen ja aluetyöt sekä rakennuksen ja rakentamisen kustannukset.

Tarjouksia pyydettäessä investoinnin merkittävimpiin hankintoihin päästään +/- 5–10 prosentin tarkkuuteen investoinnin kokonaiskustannuksissa.

Rakentamisvaiheessa suositaan EPCM-toteutusta (Engineering, Procurement, Construction Management) laajemmissa, kokonaisten laitosten rakennusprojekteissa. Se on rakentamisen toteutustapa, joka sisältää suunnittelua, hankintojen koordinointia, työmaapalveluja sekä rakennuttamista. Se soveltuu hyvin tilanteisiin, jossa tilaajan omat suunnittelu- ja projektointiresurssit ovat vähäiset. Silloin konsulttikumppani toimii tilaajan edustajana, toteuttaen investointia sovitussa aikataulussa ja budjetissa, huomioiden asiakkaan tavoitteet ja kustannuspaineet.

Visuaalisuus 3D-suunnittelun etuna

3D-suunnittelu antaa mahdollisuuden investointihankkeen osapuolille tehokkaaseen mielipiteiden vaihtoon suunnitteluratkaisujen osalta. 3D-koordinaattori ylläpitää geometrista kokonaismallia sekä rakennuksen että rakennus- ja laitostekniikan osalta.

Ohjelmistot kehittyvät valtavaa vauhtia. Esimerkiksi kaavion piirustusohjelmat, tietokannat, 3D-laitosmalli, rakennuksen tietomallit ja simulointityökalut saadaan keskustelemaan keskenään. Tarkoitus on, että tieto syötetään kerran ja vain yhteen paikkaan. Käytännössä prosessisuunnittelija antaa putkitus- ja instrumentointikaavion 3D-laitossuunnittelijalle. 3D-laitossuunnitteluohjelma kommunikoi kaavio-ohjelman kanssa, eikä täten salli kaavion vastaisia putkisto- tai laitekytkentöjä.

Laitosmallin tehokkuuden merkitys havainnollistuu, kun suunnitelmiin tarvitaan muutoksia. Muutokset tehdään suoraan 3D-geometrian metadataan, josta se kulkee kaikkiin yksittäisiin 2D- ja 3D-piirustuksiin. Malli on tietopankki, josta ajetaan taso- ja leikkauskuvia, laite- ja massaluetteloita sekä yksittäisten laitteiden määrittelyjä.

Tietokannassa olevat asennuskuvat, putkiston graafiset isometripiirustukset osaluetteloineen, jotka sisältävät kaikki kyseisen putkiston rakentamiseen tarvittavat tarvikkeet täydellisillä materiaalitilausnimikkeillä, pöytäkirjat ja muut asennusurakka- ja käyttöönottovaiheen dokumentit ovat kaikkien saatavilla linkkien kautta. Paperin määrä ja vanhentuneiden versioiden käyttö työmaalla saadaan pienenemään oleellisesti. Hyvin perustettu 3D-aineisto palvelee hanketta suunnittelusta toteutukseen ja kunnossapitoon asti.

Mallinnus pakkausprosessin kehityksen tukena

Tuotannon tehostaminen kohdistuu usein pakkaamiseen, sillä konehäiriöt ja tuotevaihdot heikentävät tuotannon nopeutta ja laatua, ja lyhyet pakkaussarjat aiheuttavat pakkausmateriaalihävikkiä. Pakkauskoneinvestoinnin kokonaisvaikutusta on vaikea arvioida sirpaleisessa tuotannossa. Läpimenon ja kapasiteetin arvioinnissa on tarkasteltava pakkaamisen sijaan koko prosessia. Sisälogistiikkaa ymmärtämällä voi optimoida pakkausprosessia, eli valita sopivan laitteen ja toiminnanohjauksen.

Yhteistä kaupallisille mallinnussovelluksille on tavoite lisätä ymmärrystä prosessista, tunnistaa tuottavuustekijät ja tehdä kestävämpiä päätöksiä organisaatiossa. Mallin kautta saadaan työkaluja päätöksentekoon, jotta kehitysresurssit kohdistuvat oikein.

Mallintamalla prosesseista voidaan etsiä kehityskohtia, tunnistaa prosessin reunaehtoja ja optimoida läpimeno- ja jonotusaikoja, materiaali- ja henkilövirtoja sekä välivarastojen sijoittelua. Prosessien suorituskykyä pystytään selvittämään, virtauksia hallitsemaan ja selvittämään yhteensopivuutta tuotanto-ohjelmistojen kanssa.

Prosessien toimivuudesta ja käyttöasteista saadaan tietoa ja voidaan tunnistaa pullonkauloja sekä selventää konerikkojen ja häiriötilanteiden vaikutusta prosessiin. Mallinnuksella voi etsiä myös sopivia ajankohtia investoinneille ja vertailla kone-, laite-, tuotantolinja- ja niiden sijoittelun vaihtoehtoja.

Hyödykejärjestelmät osana tuotantoa

Tuotantolaitos koostuu varsinaisen tuotetta valmistavan prosessin laitteistoista sekä sitä palvelevista käyttöhyödykkeistä. Niitä jaetaan putkistoja tai johtoja pitkin käyttöpisteisiin. Osa hyödykkeistä vaikuttaa suoraan tuotteen laatuun ja osa välillisesti.

Hyödykejärjestelmien piirissä saattaa olla aineita, joiden käsittely on vaarallista. Nämä räjähdys-, käsittely- ja paloturvallisuuteen liittyvät vaatimukset tulee ottaa huomioon toiminnassa, toimintojen sijoittelussa ja rakenteissa. Turvallisuussuunnittelu antaa tarkastelun tuloksena määritellyt vaatimukset muille suunnitteluosa-alueille, jotta toiminnan kokonaisturvallisuus voidaan taata.

Laitteet ja putkiston komponentit tulee määritellä toimintaympäristön olosuhdevaatimuksien mukaisesti koko käyttöajalle. Muutoin osa laitteista ja komponenteista saattavat aiheuttaa jopa vaaraa lopputuotteelle, työntekijöille, omaisuudelle sekä ympäristölle.

Puhdashyödykkeiden tuotto- ja jakelujärjestelmät poikkeavat perinteisistä järjestelmistä materiaali- ja puhtausvaatimusten osalta. Elintarviketuotannon puhtausvaatimukset riippuvat valmistettavasta tuotteesta ja siitä, onko tuote suorassa kontaktissa hyödykkeen kanssa. Toimijoilla on yleinen velvollisuus tunnistaa ja hallita mahdollisia riskejä, yleensä vaaranarvioinnin kautta. Tämä HACCP -analyysi (Hazard Analysis and Critical Control Points) luo perustan puhtaus- ja hygieniatasolle ja sen hallinnalle.

Höyryn laatuluokka vaihtelee käyttökohteittain. Elintarvikevalmistuksessa käytetään usein kulinaarihöyryä. Siitä on suodatettu yli viiden mikronin partikkelit, eikä vesikemikaaleja käytetä, tai ne ovat elintarvikehyväksyttyjä.

Elintarvikkeen valmistuksessa käytetyn tai sen kanssa kontaktissa olleen veden pitää täyttää talousvedelle asetetut laatuvaatimukset. Vesijärjestelmiä suunniteltaessa tulee huolehtia, että tekniset ratkaisut ja rakennemateriaalit eivät heikennä veden laatua.

Viite:

¹ etl.fi/media/aineistot/raportit-ja-katsaukset/elintarviketeollisuuden-tutkimusstrategia-2018-2025.pdf

*******************

Tehtaan suunnittelun onnistumisen edellytykset

• Tavoite ja laajuus ovat selkeät
• Projektitiimin roolit ja vastuunjaon selkeät
• Kokenut investoinnin vetäjä valittu
• Prosessitekninen projektipäällikkö mukana
• Rakennustekninen projektipäällikkö mukana
• Toteutuksen vaihteet ja katselmoinnit sovittuna tilaajan kanssa
• Aikataulu, kustannukset ja ennusteet sovittuna tilaajan kanssa aloituspalaverissa
• 3D-suunnitteluohjelmisto käytössä
• Projektinhallinnan ohjelmistot käytössä
• 3D-mallit käytössä esisuunnitteluvaiheesta lähtien
• Muutos- ja lisätyötarpeiden tunnistaminen ja hallinta rutiininomaista
• Kommunikaatio sidosryhmien toimii

**********************************************

Tavanomaisia tuotannon kehityksen ongelmia

• Odotusajat ja häiriöt toistuva riesa, vaikutukset toimitusvarmuuteen epäselviä
• Toiminnanohjauksen kehitysideoiden vaikuttavuus toimintaketjuun vaikeaa
• Investointien elinkaarenaikaisia kustannuksia ei arvioida hankintapäätöksissä
• Tuotantotehokkuus ja läpimenoajat vaihtelevat ilman selkeää syytä
• Laiterikkojen ennakointi vaikeaa, todellinen laitekapasiteetti epäselvä
• Toiminnoissa energia- ja materiaalitehottomuutta, eikä selkää kuvaa materiaalivirtojen kustannuksista
• Ei kokemusta toteuttaa tarvittavia muutoksia, nykyisiä toimintoja häiritsemättä

************************************

Askelmerkit onnistuneeseen projektiin

Teollisuuslaitoksen investoinnit toteutetaan projekteina. Sillä on oma, tuotannosta eroava budjetti, aikataulu, organisaatio, johtamistavat, laatu- ja laajuusvaatimukset sekä tavoitteet.

Projektin onnistumisen edellytys on tavoitteiden määrittäminen ja niistä tiedottaminen projektiorganisaatiolle. Tavoitteena voi olla esimerkiksi tuotantokapasiteetin nostaminen, päivittyneiden viranomaismääräysten noudattaminen tai tuotantovarmuuden takaaminen.

Järjestelmällinen projektisuunnitelma sisältää käyttäjien vaatimukset, tavoiteet ja aikataulun. Projektisuunnitelman toteutumista seurataan ja poikkeamiin puututaan, kohteen erityisominaisuudet, asiakkaan osallistumismahdollisuudet ja asetettujen odotusten vaatimukset huomioiden.

Projektipäällikön tarvitsee projektinhallinnan teorian ja ohjelmistojen hallinnan lisäksi hyviä vuorovaikutustaitoja. Hänen tulee tunnistaa tietojen haltijat ja kanavoida tiedot niitä tarvitseville. Vähistäkin tiedoista on kyettävä tunnistamaan olennainen.

Viestintäsuunnitelma tukee sidosryhmien välistä tiedonkulkua. Sen katkokset voivat johtaa projektin epäonnistumiseen. Kommunikoinnin lisääminen vähentää virheitä ja varmistaa, että keskitytään tavoitteiden saavuttamiseen. Avoin ja luottamuksellinen yhteistyö säästää aikaa ja vaivaa.

Kirjallinen dokumentointi piirustuksineen on edelleen paras keino luoda yhteisymmärrystä. Se on edellytys siirryttäessä projektin vaiheesta toiseen ja investointihakemuksissa. Prosessin osien sijoittaminen rakennukseen oikeaan mittakaavaan tehdyssä piirustuksessa antaa käyttäjille ja päättäjille mahdollisuuden tehdä muutoksia kustannustehokkaasti ennen asentamista. Uusissa ohjelmissa piirustuksiin voi tutustua virtuaalisessa ympäristössä.

***********************************

Investoinnin onnistumisen edellytykset pandemian aikana ja jälkeen

Elintarvikkeiden valmistus on Euroopan suurin teollinen toimiala. Vielä loppuvuodesta 2019 ennusteet kasvunäkymistä globaalin elintarvikevalmistuksen ja -käsittelyn toimialalla olivat positiiviset, ja kasvun odotettiin kiihtyvän lähivuosina noin viisi prosenttia vuotuista kasvuvauhtia vuoteen 2021 asti.

Myös kotimaiset elintarvikeyritykset aikoivat kasvattaa investointejaan, joissa rationalisointi-investoinnit olivat pääroolissa. Tämä tarkoitti panostuksia tehostamishankkeiden lisäksi ympäristö- ja turvallisuushankkeisiin.

Poikkeuksellisia epävarmuuksia on nyt näköpiirissä. Mikä on tulevaisuuden normaalitila markkinoilla, johon pohjata yrityksen investointisuunnittelu? Sitä on vaikea ennustaa. Se tiedetään, että pandemian vaikutukset ovat pitkäaikaisia ja niihin on varauduttava. Konsultointi- ja tekniset suunnittelutalot ohjaavat palvelujaan ja panostuksia teollisissa investoinneissa epävarmuuden aikoina.

Varautuminen edellyttää koko tilaus-toimitusketjun kattavaa riskinhallintaa ja panostuksia ketjun vastuullisuuteen. Yrityksiltä vaaditaan kriisinsietokykyä ja vahvaa tasetta sekä tehostamisohjelmia, joilla varmistetaan operatiivista kannattavuutta. Lisäksi poikkeusolot ovat osoittaneet ruuan omavaraisuuden tärkeyden. Elintarviketeollisuus ja koko elintarvikeketju ovat huoltovarmuuden kannalta kriittisiä.

Elintarvikeketjun läpinäkyvyys korostuu yhä vahvemmin. Kuluttajapakattujen tuotteiden valmistajilla on edelleen tärkeä rooli tuottaa tärkeitä tuotteita, joiden terveellisyyteen ja hyvinvointia tukeviin ominaisuuksiin voi luottaa. Tämä palvelee sekä ikääntyviä että alkuperä- ja ympäristötietoisia kuluttajia.

Digitaalisuus ja panostukset vastuullisempaan ja jäljitettävämpään elintarvikealan toimitusketjuun tuovat kiihtyvällä vauhdilla kehitystarpeita, kuten uudenlaisia toimintamalleja ja tuotteita. Ruuantuotannon kestävyys ja kasvutarpeet nostavat esiin tehostamis- ja laajennushankkeita sekä luovat tarvetta muunneltavissa oleville, modulaarisille yksiköille.

Edelleen on tarvetta operatiivisiin tehostamiskatselmointeihin sekä kustannusten vähentämiseksi että panos-tuotto-suhteen ja energia- ja materiaalitehokkuuden parantamiseksi. Elintarviketeollisuusliiton tunnistamista tulevaisuuden tutkimuksen painopistealueista vuosille 2018−2025 ovat resurssitehokas pohjoinen ruuantuotanto ja innovatiiviset tuotantoteknologiat¹. Ne ovat edelleen ajankohtaisia ja suunnittelualalle muutos- ja laajennussuunnittelua takaavia teemoja.

Elintarviketeollisuuden yksiköiden investointiprojekteissa suunnittelutalojen rooli on toimia resurssitehokkaiden prosessien, sivuvirtojen hyödyntämisen ja uusien tuotantoteknologioiden puolestapuhujana.

Lisäksi erityisesti ”laitosintegraattorin” rooli tilaajan edunvalvojana korostuu: Onnistuakseen projektissa ei riitä pelkän laite- tai järjestelmäkokonaisuuden hankinta, vaan tarvitaan myös pääteknologiapakettien ulkopuolisten osuuksien suunnittelua. Koko laitoskokonaisuuden yhteensovittaminen ja 3D-koordinointi on merkittävä osa tehdassuunnittelua. Se vähentää virheitä ja tehostaa ratkaisujen havainnollistamista suunnittelu- ja työmaakokouksissa.

Tekniset suunnittelutalot vastaavat yhä useammin tilaajan ”oikeina käsinä” yksikön rakennuttamisesta, kokonaislayoutista, hyödykkeistä sekä laitteistojen ja järjestelmien keskinäisestä toimivuudesta ja läpimenon optimoinnista.

Elintarvikevalmistajien haaste sovittaa tuotteitaan jatkuvasti muuttuviin kuluttajien vaatimuksiin edellyttää Lean-suunnittelumenetelmiä ja -välineitä, vaikka perinteisesti investointihankkeita ei pidetä erityisen ketterinä. Laitoksen 3D-suunnitteluohjelmistoilla ja laitosanimoinneilla voi testata haluttua muutosta tai laajennusta tehokkaasti ja ennakoivasti.

3D:ssä valmistusympäristön rakennevaatimukset ja tilankäyttö hahmottuvat visuaalisesti erityisesti silloin, kun vaihtoehtoisia teknologiapaketteja vertaillaan ja sijoitellaan laitoksen kokonaismalliin. Virtuaalimalliin voi jopa mennä todellisessa mittakaavassa kokeilemaan laite- ja kalustesijoitusten toimivuutta ja hyödyntää tietomallia jatkossa laitoksen ylläpidossa.

Riina Brade