Transcript Batchhantering - METTLER TOLEDO

Batchhantering
Avancerad batchkontroll
Batchproduktion är en av tre huvudtyper av tillverkningsprocesser där råvaror omvandlas till
färdiga produkter. Följande aktiviteter definierar batchproduktion:
•Man börjar med ingående material.
•Materialen utsätts för en definierad uppsättning av aktiviteter.
•Nytt utgångsmaterial skapas.
Ett noggrant, tillförlitligt vägningssystem som mäter
ingredienser och överför dem till batchen är en avgörande del av processen. Processen kan vara automatiserad, manuell eller både och.
I ideala fall kan automatiserad överföring och batchkontroll hanteras vid vägningsterminalen, i stället för
med ett fullskaligt PLC- eller DCS-kontrollsystem. Rätt
vägningsterminal/system kan också vara till hjälp vid
manuell batchdosering. Ett fristående batchkontrollsystem kan vara särskilt fördelaktigt i småskaliga operationer, eftersom systemet eliminerar behovet av
PLC-programmering, som tar tid och kostar pengar.
I den här rapporten beskrivs fördelarna med fristående
batchkontroll och hur ett system kan hjälpa till att
•uppnå konsekventa resultat
•öka effektiviteten
•sänka kostnaderna.
Konsekventa resultat ger ökad kundnöjdhet och gör
det enklare att uppfylla standarderna för bearbetning
och produktcertifiering. Rätt lösning ger en transparent
process samtidigt som företagets ekonomiska resultat
förbättras.
Innehåll
1 Behovet av dedikerad batchkontroll
2 Överväganden inför val av batchkontrollsystem
3 Implementera dedikerad batchkontroll
4Sammanfattning
5 Ytterligare läsning
Batchhantering
1 Behovet av dedikerad batchkontroll
Ett exempel på batchkontroll som de flesta kan relatera
till är brödbakning. Receptets råvaror tas fram och
kombineras sedan i en viss ordning. Verktyg som skedar, blandare och värme omvandlar råvarorna till ett
nytt material – ett färskt, gott bröd.
Ovanstående exempel är förenklat, men kan motsvara
en process i produktionsmiljön. Där bakas dock hundratals, kanske tusentals, limpor om dagen. De kanske
även har olika former och smaker.
Det ger ett helt annat batchkontrollscenario. För garanterad produktkvalitet krävs ett batchkontrollsystem som
ger konsekventa batcher. Ett väl utformat batchkontrollsystem för storskalig produktion kan även bidra till
•ökat genomflöde
•mindre råvaruspill
•eliminerade produktvariationer
•maximerad övergripande effektivitet.
2 Överväganden inför val av batchkontrollsystem
Uppgiften att välja ett lämpligt batchkontrollsystem kan
till en början verka oöverskådlig: Hur ska man kunna
veta om ett visst system kommer att förbättra produktiviteten, minska råvaruförlusterna och ge enhetliga
slutprodukter?
Den övergripande lösningen måste kunna överföra
olika typer av material till vägningsplattformen, och
väga varje ingrediens. En vägningsterminal som klarar
båda uppgifterna är lämplig för batchtillämpningar och
kan förenkla processerna, eftersom ingrediensvägning
och materialöverföring i grunden är två delar av en
och samma uppgift.
Ett PLC-system kan fungera effektivt, särskilt i permanenta batchprocesser där receptet, ingredienserna och
slutprodukten alltid är desamma. Ett sådant system
kanske dock inte är den bästa lösningen i liten till
medelstor produktion där det krävs hög flexibilitet i
processen på grund av begränsade resurser.
möjlighet att använda ett enhetligt kontrollsystem på
flera platser. Även användargränssnittet blir enhetligt,
vilket minskar utbildningsbehovet. Dessutom kan flera
anläggningar dela recept och processinformation i
samma datastruktur. Med en PLC-lösning krävs noggrann programmering och implementering om man
vill säkerställa konsekventa metoder, särskilt om lösningen används i flera anläggningar.
I en dedikerad batchkontrollösning däremot, kombineras batchhanterings- och materialöverföringsteknik
till en enda komplett kontrollenhet. Behovet av PLCkodprogrammering elimineras, samtidigt som starttiden förkortas och kunden kan koncentrera sig på sin
huvudkompetens, dvs. det unika receptet som ger en
välsmakande produkt.
ISA-standarden (Instrument Society of America) S88
(del 1–4) är en konsekvent batchstandard som kan
underlätta hantering av batchtillämpningar, oavsett
batchkontrollsystem. Om S88-riktlinjerna är inbyggda
i kontrollsystemet kan detta göras modulärt, vilket ger
2
METTLER TOLEDO – White
Paper – Batchhantering
2011©Mettler-Toledo AG
Batchhantering
3 Implementera dedikerad batchkontroll
Ett dedikerat system som följer en dokumenterad
struktur för utrustningshantering, in-/utdatakontroll och
materialvägar/recept i produktionsprocessen kan ge
direkta och mätbara fördelar.
ISA-batchstandarden S88 innehåller följande information, som kan ge vägledning vid val av ett system:
•definition av en användbar batchkontrollmodell
•beskrivning av vanliga batchkontrollkrav
•användbar konfigurationsinformation
•vägledning för integrering av en leverantörslösning. Det övergripande målet med S88 är att hjälpa batchtillverkare att uppnå konsekventa, repeterbara batcher.
Standarden innehåller även vanliga termer inom
batchproduktion samt förslag om hur en batchprocess
återställs efter störningar.
Batchkontroll/tillförlitlig vägning
Konsekventa riktlinjer som utgångspunkt i batchprocessen kan sänka produktionskostnaderna, öka
genomflödet, förbättra avkastningen, minska materialförlusterna och öka nyttjandegraden för utrustningen.
Enligt S88-standarden är receptet och den fysiska
utrustningen två skilda delar. Det ger flexibilitet i
systemkonfigurationen och förkortar övergångstiden
mellan recept, vilket bidrar till ökat genomflöde. Enligt
standarden har operatören tillgång till ett konsekvent
gränssnitt, vilket förenklar användandet och ökar
utnyttjandet av instrumentet. Materialförlusterna minimeras eftersom operatören får vägledning genom varje
ingredienstillsättning. I användargränssnittet kan varje
material tillsättas inom ett tillåtet toleransområde.
Ett väl utformat batchkontrollsystem baseras på batchstandarden S88, vilket förenklar implementeringen
av batchkontroll. En tillförlitlig vägningsterminal, som
IND780batch, integreras också i lösningen.
Material 3
Snabbmatning
Finmatning
Material 5
Snabbmatning
Finmatning
Material 2
Snabbmatning
Finmatning
Material 4
Snabbmatning
Finmatning
Material 1
Snabbmatning
Finmatning
Manuell tillsättning
IND780batch
Terminal
Blandare
Våg
Materialtömning
Till lagringstank
Operatör
Exempel på batchinstallation för flera material, med materialöverföring i två hastigheter
3
METTLER TOLEDO – White
Paper – Batchhantering
2011©Mettler-Toledo AG
Batchhantering
Uppnå automatiseringsmål
S88-standarden beskriver en modulär, flexibel process
som ger användaren möjlighet att förenkla batchprocessen. En integrerad, fristående lösning ger stöd för
hög flexibilitet genom fördefinierad processutrustning
och möjlighet för operatören att välja bland olika recept, vilket förkortar batchskiftestiden. Lösningen ger
också centraliserad kontroll över materialöverföringen,
med hjälp av maskinkomponenter som matarventiler,
slussar och skruvtransportörer. Under överföringen bevakas vikten, vilket säkerställer perfekt uppdelning av
det överförda materialet. På så sätt kan starkt förbättrat batchgenomflöde och minskat materialspill uppnås.
Manuella processer och batchkontroll
Om processen är manuell – vilket innebär att en operatör väljer och tillsätter ingredienser – styrs den normalt inte av diskreta data. Metoden är mycket flexibel
eftersom indata och utdata inte begränsar och eftersom olika material kan batchhanteras utan särskilda
förberedelser. I en manuell process är det vanligen
Handtillsättning av upp till
999 material per recept
operatören som hanterar batchdoseringen. Men om
metoden kompletteras med ett batchkontrollsystem
som ger operatören vägledning, kan problem med
över- och underfyllning elimineras. Inga onödiga ingredienser tillsätts och inga ingredienser glöms bort.
Normalt använder operatören en streckkodsläsare för
att identifiera en ingrediens, tillsätta den och fortsätta
med nästa. En materialverifieringsfunktion varnar operatören om fel material väljs, och en instruktion om att
välja rätt ingrediens visas, vilket säkerställer konsekventa batcher.
I en kombinerad metod kanske operatören startar en
batch. Därefter körs återstoden av processen utan manuella ingripanden, bortsett från eventuell handtillsättning av ingredienser.
Om processen inkluderar automatiska materialöver­
föringar behövs en batchkontrollenhet för att med
indata och utdata styra materialmatningen. Vanligtvis
innefattar processen även extrautrustning som måste
hanteras.
Streckkodsläsare för enklare
spårbarhet och uppföljning
Bänkvåg
Terminalen IND780batch
ger operatören vägledning
genom receptet
Exempel på batchinstallation för manuell formulering och flera material
4
METTLER TOLEDO – White
Paper – Batchhantering
2011©Mettler-Toledo AG
Batchhantering
Hantering av extrautrustning
För kontroll över extrautrustning måste vissa kriterier
vara uppfyllda. Till exempel om en blandare används
kanske batchkontrollenheten måste ha funktioner för att
•starta blandaren i ett visst receptsteg
•köra blandaren under en viss tid
•fördröja start av blandaren tills en handtillsatt ingrediens placeras på vågen innan blandaren startas.
Oavsett typ av batchkontrollenhet bör den ha funktioner för korrekt hantering av materialöverföring, noggrann materialuppdelning vid fastställda mängder och
minimerad överfyllning/underfyllning, vilket i slutändan
ger hög batchkonsekvens.
Spåra och följa upp/datainsamling
En batchkontrollenhet bör även ha kapacitet för att spåra
batchprocessens faser, för möjlighet att ta reda på
•när en produkt tillverkades
•vilket material och hur stor mängd som användes
•vilken operatör som körde en viss batch.
•fastställa varför en batch blev fel
•fastställa vilken ingrediens som orsakade
problemet
•minimera antalet återkallanden och deras
omfattning
•på goda grunder kontakta ingrediensens leverantör. En fristående batchkontrollenhet bör ha inbyggda spårbarhetsfunktioner liksom funktioner för att skapa och
lagra recept, säkerhetskopiera terminalinställningar
och samla in data. Funktionerna används för att
•implementera en definierad receptgenererings­
sekvens
•redigera ingredienser eller mängder
•skala om hela batchen.
En dedikerad, fristående batchkontrollösning som
innefattar ovanstående funktioner kan ge starkt
förbättrad batchrepeterbarhet, produktivitet och kostnadskontroll. METTLER TOLEDOs sortiment innefattar
fristående och lättintegrerade batchkontrollenheter
med robusta kombinationer av de funktioner som
beskrivs ovan.
Med hjälp av spårbarhetsfunktionerna kan potentiella
prestandaproblem undersökas. Det blir möjligt att hitta
tecken på förekommande produktionsändringar.
Det blir enkelt att identifiera batcher och
råvaror, och man kan
Datorbaserat konfigureringsverktyg för batch­
tillämpning – skapa recept och konfigurera
systemet offline.
5
METTLER TOLEDO – White
Paper – Batchhantering
2011©Mettler-Toledo AG
Batchhantering
4Sammanfattning
Ett batchkontrollsystem ger kapacitet för avancerad
materialöverföring och processkontroll. En färdig lösning som innefattar både vägnings- och materialöverföringsfunktioner kan ge betydande kostnads- och
tidsbesparingar för mindre tillverkare som kanske saknar resurser för att implementera ett PLC-system, som
måste programmeras.
En väl utformad lösning ska
•ge dedikerad batchkontroll i både manuell och
automatisk batchhantering
•innehålla kontrollogik i mätinstrumentet,
för snabbare in-/utmatning av data
•uppfylla kraven enligt batchstandarden S88 för
processflexibilitet och kvalitetsmässigt underhåll
•öka materialgenomflödet och förbättra matningsnoggrannheten
•ha funktioner för spårbarhet och datainsamling,
för möjlighet till riskhantering och minimerat spill.
Med rätt fristående lösning kan flera batchprocesser
köras, utan behov av komplicerad PLC-konfigurering
om något måste ändras. Den förbättrade kontrollen
kan ge mer enhetliga produkter. Det ger i sin tur högre
kundnöjdhet och lojalitet, samtidigt som produktiviteten
och de ekonomiska resultaten förbättras.
5 Ytterligare läsning
Följande webbsidor och dokument innehåller mer information om industriella vägningslösningar och om hur
batchkontroll kan bidra till förbättrad kvalitet, effektivt materialutnyttjande och lägre produktionskostnader.
•METTER TOLEDO materialöverföringskontroll
www.mt.com/qi
•Instrument Society of America
www.isa.org
•Applying S88, Batch Control from a User’s perspective;
Jim Parshall och Larry Lamb – ISBN #1-55617-703-8
•Batch Control Systems, Design, Application, and Implementation 2nd Edition;
William Hawkins och Thomas Fisher – ISBN # 1-55617-967-7
•Control Global
www.controlglobal.com
•Functions that need to be considered in for Material Feed (Transfer) Batch Controls;
Charlie Fu Ph.D, Technology Leader, Procter & Gamble
•World Batch Forum
www.wbf.org
•ARC Advisory Group
www.arcweb.com
6
METTLER TOLEDO – White
Paper – Batchhantering
2011©Mettler-Toledo AG
Batchhantering
www.mt.com/ind-food-productivity-guide2
Här hittar du mer information!
Mettler-Toledo AB
S-120 08 Stockholm
Sverige
Tel. +46 (0)8 702 50 00
Fax+46 (0)8 642 45 62
Rätt till tekniska ändringar förbehålles
© 11/2011 Mettler-Toledo AG
MarCom Industrial