Zaawansowane sterowanie wsadowe Produkcja seryjna jest jednym z trzech głównych typów procesów produkcyjnych, stosowanym do przekształcania surowców na gotowe produkty. Można ja definiować jako: Rozpoczęcie od materiałów wejściowych Poddanie ich uporządkowanej serii czynności przetwórczych Stworzenie nowego materiału wyjściowego Dokładny, niezawodny system ważenia, który waży składniki wsadu, jest krytyczną częścią procesu. Proces ten może być automatyczny, manualny lub może stanowić ich połączenie. Realistycznie rzecz biorąc, zautomatyzowany transfer i sterowanie wsadowe mogą być zarządzane na terminalu ważącym zamiast na systemach sterowania PLC lub DCS. Odpowiedni terminal/system ważenia może również prowadzić porcjowanie manualne. Samodzielny system sterowania wsadowego może być szczególnie korzystny w przypadku operacji na małą skalę, ponieważ pozwala na wyeliminowanie czasu przetwarzania oraz kosztów związanych z programowaniem PLC. Niniejszy referat zajmuje się badaniem samodzielnych jednostek sterowania wsadowego oraz omówieniem sposobów, które mogą pomóc w: osiągnięciu spójnych wyników zwiększeniu wydajności obniżeniu kosztów Ostatecznie, zgodne wyniki zwiększają zadowolenie klienta i ułatwiają spełnienie norm związanych z przetwarzaniem lub certyfikacją produktu. Prawidłowe rozwiązanie umożliwi osiągnięcie przejrzystości procesu, poprawiając jednocześnie bilans zysków firmy. Treść 1 Konieczność dedykowanego sterowania wsadowego 2 Rozważania dotyczące wyboru systemu sterowania wsadowego 3 Wdrażanie dedykowanego sterowania wsadowego 4 Podsumowanie 5 Dodatkowe zasoby
1 Konieczność dedykowanego sterowania wsadowego Przykładem sterowania wsadowego, do którego może się odnieść większość osób, jest wypiek chleba. Surowce z receptury są przygotowywane, a następnie są łączone w odpowiedniej kolejności. Narzędzia, takie jak łyżki odmierzające, mieszalniki oraz ciepło przekształcają surowce w nowy materiał wyjściowy świeży, smakowity bochenek chleba. Ten przykład jest uproszczony, jednakże można go odnieść do otoczenia produkcyjnego. Teraz proszę sobie wyobrazić setki, a nawet tysiące bochenków chleba wypiekanych każdego dnia. Mogą przy tym występować różnie odmiany kształtów i smaków. Scenariusz sterowania wsadowego znacznie się zmienił. Rozwiązanie sterowania wsadowego do zarządzania spójnością pomiędzy partiami jest krytyczne dla zapewnienia wysokiej jakości produktu. Inwestycja w dobrze zaprojektowany system sterowania wsadowego do zarządzania produkcją na dużą skalę może również pomóc w: Zwiększeniu wydajności Zmniejszeniu odpadów surowców Wyeliminowaniu różnic produktu końcowego Maksymalizacji wydajności całkowitej 2 Rozważania dotyczące wyboru systemu sterowania wsadowego Podczas dokonywania wyboru odpowiedniego systemu sterowania wsadowego dla określonego procesu, zadanie może wydawać się zniechęcające: W jaki sposób można zapewnić, że wybrany system spowoduje poprawę wydajności produkcji, eliminując straty surowca i poprawiając spójność wyjściową? Ogólne rozwiązanie musi zarządzać transferem różnych typów surowców do stanowiska wagowego i zważyć dokładnie każdy ze składników. Terminal ważący, który jest w stanie zarządzać obiema tymi czynnościami, nadaje się do zastosowań związanych z grupowaniem surowców we wsady i może w uproszczeniu procesów, ponieważ ważenie składników i transfer materiału stanowią dwie części jednej czynności. System PLC można efektywnie stosować, w szczególności w przypadkach, gdy proces grupowania surowców we wsady jest stały wytwarzanie tego samego produktu końcowego i nie wymaga dużych nakładów przy przełączaniu pomiędzy składnikami i recepturami. Jednakże może to nie być najlepsze rozwiązanie w przypadku małych lub średnich operacji, wymagających elastyczności w procesie ze względu na ograniczone zasoby. Instrument Society of America (ISA) S88 Sterowanie Wsadowe (Part 1-4) stanowi konsekwentny standard dla partii, który może pomóc w zarządzaniu próbkami, niezależnie od wybranego rodzaju rozwiązania. Posiadając sterownik zgodny z S88 użytkownik posiada system modularny, który zapewni spójne stosowanie systemu sterowania w wielu lokalizacjach, co może zminimalizować wymagania związane ze szkoleniem, uproszczenie interfejsu użytkownika i umożliwić instalację wielu urządzeń z możliwością współdzielenia receptur i informacji o procesach w tej samej strukturze danych. Dzięki rozwiązaniu PLC, wymagane jest ostrożne programowanie i wdrażanie, aby zagwarantować realizację spójnego podejścia, w szczególnie w przypadku instalacji składających się z kilku urządzeń. Z drugiej strony, dedykowane rozwiązanie sterowania wsadowego będzie łączyć zarządzanie partiami i technologię transferu materiału w jednym, uniwersalnie wyposażonym sterowniku wsadowym. To pozwala na wyeliminowanie konieczności pisania kodu PLC, skraca czas uruchomienia i umożliwia klientom skoncentrowanie się na ich obszarach pracy: swojej unikalnej, apetycznej recepturze. 2 METTLER TOLEDO White Paper grupowanie we wsady
3 Wdrażanie dedykowanego sterowania wsadowego Wybór dedykowanego systemu, który byłby zgodny z udokumentowaną strukturą obsługi urządzeń, sterowaniem WE/WY oraz recepturami materiałów w procesie produkcji, może przynieść natychmiastowe i mierzalne korzyści. Standard ISA S88 stanowi pomocną instrukcję podczas dokonywania wyboru poprzez: Definiowanie użytecznego modelu sterowania wsadowego Komunikowanie wspólnych wymagań dla sterowania wsadowego Oferowanie pomocnych informacji dotyczących konfiguracji Kierowanie integracją rozwiązań sprzedawcy Celem wyższego poziomu S88 jest pomoc producentom partii w produkcji spójnych, powtarzalnych partii. Standard zapewnia wspólną terminologię dla produkcji seryjnej, jak również instrukcje dotyczące sposobów eliminacji zakłóceń podczas procesów produkcji seryjnej. Materiał 3 Materiał 2 Materiał 1 Sterowanie wsadowe / niezawodne ważenie Posiadanie spójnych wytycznych w centrum procesu może pomóc w obniżeniu kosztów produkcji, zwiększeniu wydajności, poprawieniu uzysku, zmniejszeniu strat materiałów oraz w zwiększeniu wykorzystania urządzeń produkcyjnych. Przestrzeganie standardu S88 pozwala na odseparowanie urządzeń fizycznych od receptury. To umożliwia osiągnięcie elastyczności podczas konfiguracji systemu i znacznie skraca czas przełączania z receptury na recepturę, co pomaga zwiększyć wydajność. Standard wyposaża również operatora w interfejs, który pozwala lepiej apoznać się ze sprzętem i lepiej go wykorzystać. Straty materiału są zminimalizowane, ponieważ operator otrzymuje podpowiedź odnośnie dodania każdego ze składników. Interfejs użytkownika umożliwia dodawanie każdego materiału w dopuszczalnym zakresie tolerancji. W idealnym przypadku sterownik partii uwzględni standard partii S88 w celu uproszczenia wdrożenia sterowania wsadowego. Niezawodny terminal ważący, taki jak IND780batch, zostanie również zintegrowany w rozwiązanie. Materiał 5 Materiał 4 Dodawanie ręczne Przykład instalacji do automatycznego wieloskładnikowego transferu materiału o 2 prędkościach. Mieszalnik IND780batch Terminal Waga Materiał wyładowany Do zbiornika magazynowego Operator 3 METTLER TOLEDO White Paper grupowanie we wsady
Osiąganie zautomatyzowanych celów Standard S88 określa modularny, elastyczny proces umożliwiający użytkownikowi uproszczenie procesu produkcji seryjnej. Zintegrowane, samodzielne rozwiązanie wspomaga tą elastyczność poprzez wstępne zdefiniowanie urządzeń procesu i umożliwienie operatorowi dokonania wyboru z kilku różnych receptur, skracając czas przełączania z partii na partię. Umożliwia również centralne sterowanie transferu materiału za pomocą takich maszyn, jak zawory zasilające, zasuwy i przenośniki ślimakowe, przy równoczesnym monitorowaniu wagi w celu dokładnego odcięcia przenoszonego materiału po osiągnięciu ilości docelowej. To może wyraźnie poprawić wydajność produkcyjną i zmniejszyć odpady materiałów. Procesy manualne i sterowanie wsadowe W procesie manualnym operator typowo zarządza grupowaniem we wsady. Nie mniej jednak dodanie systemu sterowania wsadowego do prowadzenia operatora może wyeliminować problem nadmiernego i niedostatecznego napełniania i zapewnić, ze niepotrzebne składniki nie będą dodawane, a potrzebne nie zostaną pominięte. Ogólnie rzecz biorąc, operator używa skanera kodów kreskowych do identyfikacji składnika, dodaje go i przechodzi do kolejnego. Walidacja materiału alarmuje operatora w przypadku wybrania nieprawidłowego materiału i informuje o konieczności skanowania prawidłowego składnika celem zapewnienia spójności partii. W przypadku metody mieszanej, operator może uruchomić partię. Następnie pozostała część procesu jest wykonywana bez interwencji użytkownika do momentu, gdy potrzebne będą dodatkowe, ręcznie dodawane składniki. Jeżeli proces jest manualny gdzie operator wybiera i dodaje składniki zazwyczaj z układem sterowania nie jest skojarzone żadne dyskretne WE/WY. Metoda ta jest wysoce elastyczna, ponieważ nie ma żadnych skojarzonych WE/WY i można grupować we wsady wiele różnych materiałów bez warunków wstępnych. Jeżeli proces obejmuje automatyczny transfer materiału, wówczas wymagany jest sterownik wsadowy, umożliwiający przydzielenie WE/WY do zarządzania m materiału. Zazwyczaj występują również urządzenia pomocnicze wymagające zarządzania. Dodawanie ręczne do 999 materiałów na recepturę Skaner kodów kreskowych ułatwia śledzenie i identyfikowalność Waga stołowa IND780batch Terminal prowadzi operatora poprzez recepturę za pomocą poleceń ekranowych 4 METTLER TOLEDO White Paper grupowanie we wsady
Zarządzanie urządzeniami pomocniczymi Sterowanie urządzeniami pomocniczymi może wymagać spełnienia pewnych kryteriów, aby urządzenia mogły prawidłowo działać. Na przykład, jeżeli wymagany jest mieszalnik, wówczas może być konieczne, aby sterownik wsadowy mógł: Włączyć mieszalnik na określonym etapie receptury Włączać mieszalnik w trybie impulsowym przez pewien czas Opóźniać uruchomienie mieszalnika do chwili umieszczenia dodawanego ręcznie składnika na wadze przed rozpoczęciem mieszania Niezależnie od typu stosowanego sterowania wsadowego, do zapewnienia spójności pomiędzy partiami niezbędny jest sterownik, który dokładnie obsługuje transfer materiału, zapewnia precyzyjne zakończenie transferu po osiągnięciu celu, minimalizuje przypadki przepełnienia / niedostatecznego napełnienia i zarządza procesem grupowania we wsady. Śledzenie i monitorowanie/gromadzenie danych Określić, dlaczego partia mogła zostać odrzucona, Wskazać na składnik, który mógł spowodować problem Zminimalizować ilość i zakres akcji wycofania z rynku Umożliwić użytkownikom kontakt ze sprzedawcami, którzy dostarczyli składnik Samodzielny procesor sterowania wsadowego powinien być w stanie włączyć funkcję śledzenia i monitorowania, jak również obsługiwać tworzenie i przechowywanie receptur, ustawianie terminala kopii zapasowych oraz gromadzenie danych. Działania te mają na celu: Wdrożenie zdefiniowanej kolejności tworzenia receptur Edycję składników lub ilości Przeskalowanie całej partii Stosowanie dedykowanych, samodzielnych rozwiązań sterowania wsadowego, które posiadają opisane powyżej funkcje, może znacznie poprawić powtarzalność partii i wydajność przy jednoczesnym kontrolowaniu kosztów. METTLER TOLEDO oferuje tego typu funkcje w różnych samodzielnych i łatwych w integracji sterownikach wagowych. Kolejnym pożądanym elementem dla sterownika wsadowego jest możliwość śledzenia i monitorowania faz procesu wsadowego w celu identyfikacji: Kiedy wyrób został wyprodukowany Jaki i ile materiału zostało użyte Który operator zajmował się którą partią To umożliwia prowadzenie dochodzenia w przypadku potencjalnych problemów produkcyjnych. Kierownicy mogą sprawdzać obecność zmian produkcyjnych. To pomaga w łatwej identyfikacji partii i surowca i może pomóc: Narzędzie do konfiguracji komputera umożliwia tworzenie receptur off-line i konfigurację systemu. 5 METTLER TOLEDO White Paper grupowanie we wsady
4 Podsumowanie Wdrożenie zarządzania sterowaniem wsadowym może pomóc w osiągnięciu zaawansowanych celów związanych z transferem materiału i sterowaniem procesu. Zastosowanie gotowego rozwiązania, które integruje ważenie i transfer materiału, może pozwolić na osiągnięcie dużych oszczędności kosztów i czasu dla producentów małych partii produkcyjnych, którzy mogą nie posiadać zasobów umożliwiających wdrożenie systemu PLC z wymaganym programowaniem i niezbędną do tego ilością czasu. W idealnej sytuacji, wybrane rozwiązanie: Dostarczy dedykowany układ sterowania wsadowego dla manualnego i automatycznego grupowania we wsady Będzie zawierać logikę sterującą w instrumencie pomiarowym dla WE/WY Będzie zgodny ze standardem S88 dla partii, zapewniającym elastyczność procesu i uzyskanie odpowiedniej jakości Zwiększy wydajność transferu materiału i poprawi dokładność podawania Zapewni możliwość śledzenia i monitorowania/ gromadzenia danych w celu zarządzania ryzykiem i zminimalizowania odpadów Odpowiednie samodzielne rozwiązanie może uruchomić wiele procesów wsadowych przy jednoczesnej eliminacji złożonych rekonfiguracji PLC w przypadku zmiany potrzeb klienta. Bardziej szczegółowa kontrola może spowodować, że produkt będzie bardziej spójny. Może to zwiększyć zadowolenie klienta i jego lojalność, równocześnie poprawiając produktywność i bilans zysków. 5 Dodatkowe zasoby Poniższe linki i dokumenty zawierają dodatkowe informacje dotyczące przemysłowych rozwiązań ważenia oraz tego, w jaki sposób efektywne sterowanie wsadowe może poprawić jakość, stopień wykorzystania materiałów i obniżyć koszty produkcji. METTER TOLEDO Sterowanie transferem materiałów www.mt.com/qi Instrument Society of America www.isa.org Applying S88, Batch Control from a User s perspective; Jim Parshall and Larry Lamb ISBN #1-55617-703-8 Batch Control Systems, Design, Application, and Implementation 2 nd wydanie; William Hawkins and Thomas Fisher ISBN # 1-55617-967-7 Control Global www.controlglobal.com Funkcje, które należy rozważyć przy sterowaniu wsadowym (transferu) podawania materiału; Charlie Fu Ph.D, Kierownik Technologii, Procter & Gamble World Batch Forum www.wbf.org ARC Advisory Group www.arcweb.com 6 METTLER TOLEDO White Paper grupowanie we wsady
www.mt.com/ind-food-productivity-guide2 W celu uzyskania szczegółowych informacji Mettler-Toledo Sp.z.o.o ul. Poleczki 21 PL 02-822 Warszawa Tel. +48 22 545 06 80 Fax +48 22 545 06 88 Zmiany techniczne zastrzeżone 08/2011 Mettler-Toledo AG MarCom Industrial