英國(guó)Arla食品公司應(yīng)用的自動(dòng)訂單系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確地將生產(chǎn)通知傳達(dá)到牛奶灌裝生產(chǎn)線上；而其批量化的生產(chǎn)解決方案，則成功地規(guī)避了牛奶生產(chǎn)過程中的一些風(fēng)險(xiǎn)。
包裝線配置與生產(chǎn)流程
Arla食品公司加工廠房?jī)?nèi)安裝的四條相同的包裝生產(chǎn)線，已從2004年8月開始正式投入運(yùn)行。每條包裝生產(chǎn)線所包含的設(shè)備均是相同的，其中包括：一臺(tái)電子稱重灌裝機(jī)、一臺(tái)Zalkin封蓋機(jī)、一臺(tái)Enercon感應(yīng)密封機(jī)、一臺(tái)輪轉(zhuǎn)貼標(biāo)機(jī)、兩臺(tái)Elopak手推式打包機(jī)。Arla食品公司加工廠房?jī)?nèi)的其它設(shè)備還包括了由Tetra Pak公司提供的牛奶加工設(shè)備，以及八臺(tái)由Logoplaste公司提供的吹塑成型設(shè)備（其穩(wěn)定的速度，確保了灌裝生產(chǎn)線隨時(shí)可根據(jù)需要、通過傳送帶自動(dòng)索取牛奶瓶）。Arla食品公司生產(chǎn)線的操作工藝流程為：吹塑、成型高密度聚乙烯（HDPE）瓶，再將加工好的牛奶從桶中傳送到生產(chǎn)線上，隨后進(jìn)行灌裝、封口、貼標(biāo)。通常，用打包機(jī)裝滿一個(gè)包裝箱可放置大約100個(gè)瓶（具體放置數(shù)量取決瓶子的大小）。包裝箱隨后通過小推車傳送到裝貨卡車上，直接送到距離客戶最近的倉(cāng)庫(kù)。在生產(chǎn)線上的所有操作環(huán)節(jié)中，所涉及到的操作員工數(shù)量非常少。
企業(yè)概況與需求
位于英格蘭的英國(guó)Arla食品公司為其新建的奶制品工廠應(yīng)用了創(chuàng)新的技術(shù)。該公司工程部負(fù)責(zé)人Soeren Vonsild先生介紹說：“Arla食品公司為五家超市供應(yīng)奶制品，其中包括脫脂奶、半脫脂奶以及全脂牛奶，并且供給每家超市的產(chǎn)品的標(biāo)簽各不相同。為此，我們生產(chǎn)了四種規(guī)格不同的包裝，容量分別為1、2、4和6品脫。由于Arla食品公司的奶制品需要送到55個(gè)不同的倉(cāng)庫(kù)，為了減少生產(chǎn)和運(yùn)輸轉(zhuǎn)換時(shí)間，我們必須尋求一種全新的、靈活性高的管理方式。”
Arla食品公司擁有一個(gè)灌裝速度很快的工廠環(huán)境。例如，以包裝4品脫牛奶的生產(chǎn)線為例，該公司的包裝速度為345瓶/分。在高速的生產(chǎn)環(huán)境中，液體滲透、標(biāo)簽偏移、瓶蓋異形將可能導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不合格，而不合格的容器將會(huì)被向上傳送至上游的貼標(biāo)機(jī)工位上，使貼標(biāo)機(jī)必須為更多合格的容器貼上標(biāo)簽，以彌補(bǔ)不合格容器的數(shù)量，進(jìn)而造成容器的浪費(fèi)。
訂單管理系統(tǒng)
通常，食品生產(chǎn)企業(yè)獲得的訂單是以批量的形式通知到工廠的，我們將以如下實(shí)例介紹訂單批量管理方式。比如，一家超市客戶需要10000瓶4品脫包裝的脫脂牛奶，而其他九家超市也需要同樣包裝規(guī)格的牛奶，但所需數(shù)量不等。此時(shí)，這10批訂貨單均會(huì)經(jīng)由ERP系統(tǒng)通知到生產(chǎn)企業(yè)的加工車間，且遵循如下的生產(chǎn)流程：當(dāng)所發(fā)的貨品從一家零售商轉(zhuǎn)至下一家時(shí)，貼標(biāo)設(shè)備會(huì)在包裝上打印出不同的標(biāo)簽，并等候發(fā)貨。
Arla食品公司選用的創(chuàng)新管理方式應(yīng)用了一種完美融合了加工與包裝工藝的新系統(tǒng)，該應(yīng)用系統(tǒng)由Krones公司旗下的Syskron子公司提供，這是一套新開發(fā)的自動(dòng)訂單監(jiān)控與管理系統(tǒng)。在應(yīng)用了此系統(tǒng)之后，工廠內(nèi)每一班的生產(chǎn)經(jīng)理不再需要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃來安排操作人員停機(jī)或開機(jī)，因?yàn)檫@一切工作都將成為自動(dòng)過程。操作人員只需定時(shí)更換標(biāo)簽卷軸，以及補(bǔ)充料斗中存儲(chǔ)的瓶蓋。
Arla食品公司的工程部負(fù)責(zé)人Soeren Vonsild先生表示：“此前，我們的工廠一直存在容器貼標(biāo)錯(cuò)誤、貼標(biāo)數(shù)量偏差、編碼打印錯(cuò)誤、瓶蓋顏色混亂等風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)前的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)有效地防止了此類問題的發(fā)生。我們參照規(guī)范，將一切設(shè)備參數(shù)進(jìn)行預(yù)先調(diào)試設(shè)定，相信我們能夠從自動(dòng)訂單系統(tǒng)中獲得更多收益。”
先進(jìn)信息系統(tǒng)的建立
Arla食品公司四條包裝生產(chǎn)線上所需的全部硬件設(shè)備及帶有集成元件的控制系統(tǒng)包括了：灌裝機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、旋蓋機(jī)、封口機(jī)和包裝機(jī)。Arla食品公司的所有設(shè)備均采用了以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并都擁有一個(gè)固定的IP地址。
Arla食品公司的四條包裝生產(chǎn)線上也匹配了四個(gè)用于運(yùn)行Syskron生產(chǎn)線管理系統(tǒng)軟件的PLC。設(shè)備上的PLC無論出自哪家經(jīng)銷商，都可被集成于網(wǎng)絡(luò)中，并通過網(wǎng)絡(luò)接受生產(chǎn)訂單。Arla食品公司的四條包裝生產(chǎn)線上還配備了四臺(tái)流程數(shù)據(jù)服務(wù)器。這四臺(tái)流程數(shù)據(jù)服務(wù)器可將所有收集到的數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄下來，以分析未來的生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)。其中，在流程數(shù)據(jù)服務(wù)器1和2之間，Arla食品公司擁有一臺(tái)微軟SQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于儲(chǔ)存由這兩臺(tái)服務(wù)器采集到的相關(guān)時(shí)間數(shù)據(jù)。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器比流程數(shù)據(jù)服務(wù)器具備更大的儲(chǔ)存量，可滿足數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期儲(chǔ)存需求。而在流程數(shù)據(jù)服務(wù)器3與4之間，也存在一臺(tái)同樣的微軟SQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于儲(chǔ)存由流程數(shù)據(jù)服務(wù)器3和4采集到的相關(guān)批量數(shù)據(jù)。
與每對(duì)流程數(shù)據(jù)服務(wù)器連接的是“網(wǎng)關(guān)PC機(jī)”，它可將一切信息連接至ERP系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)PC機(jī)中的一個(gè)模塊為FTP（文件傳輸協(xié)議）服務(wù)器，可將文件在ERP系統(tǒng)與下層系統(tǒng)之間來回傳送。網(wǎng)關(guān)PC機(jī)的另一個(gè)模塊為XML ISA-95接口，在閉環(huán)回路中，它允許實(shí)時(shí)信息在ERP系統(tǒng)與工廠之間來回傳送。從理論上講，ERP系統(tǒng)并不適合工廠在生產(chǎn)線上存取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而ISA-95標(biāo)準(zhǔn)可以方便工廠從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，從一個(gè)高級(jí)業(yè)務(wù)協(xié)議轉(zhuǎn)換成一個(gè)適用于工廠車間的生產(chǎn)協(xié)議。
由于采用了HMI軟件，Arla食品公司的工作人員可以獲得實(shí)時(shí)的生產(chǎn)圖像，并從圖像中了解整個(gè)吹塑成形、加工、包裝系統(tǒng)所發(fā)生的一切情況，實(shí)現(xiàn)符合S88標(biāo)準(zhǔn)和概念的批量生產(chǎn)。
Arla食品公司選用的ERP系統(tǒng)由SAP公司提供。每一條生產(chǎn)線上的許多獨(dú)立機(jī)械元件都緊密地與ERP系統(tǒng)集合在了一起。Arla食品公司的工程部負(fù)責(zé)人Soeren Vonsild先生表示：“現(xiàn)在，我們可以將生產(chǎn)指令從ERP系統(tǒng)向下傳達(dá)到加工機(jī)械和包裝機(jī)械上，再通過這些機(jī)械將生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集起來回饋給ERP系統(tǒng)。這個(gè)先進(jìn)的操作流程將把我們所有的工作流程集合在一個(gè)層面內(nèi)實(shí)現(xiàn)管理。”
批量化生產(chǎn)解決方案
Syskron公司的Klaus Doppler先生表示：“S88標(biāo)準(zhǔn)和概念是一種適合于包裝生產(chǎn)的批量加工方法。以貼標(biāo)環(huán)節(jié)為例，如果企業(yè)采用S88標(biāo)準(zhǔn)方法，貼標(biāo)機(jī)將不再是一個(gè)單一的設(shè)備。企業(yè)可以將貼標(biāo)設(shè)備視為功能單元或功能模塊，依靠標(biāo)準(zhǔn)化的S88機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，您可將多個(gè)功能單元聯(lián)系在一起。生產(chǎn)線上一個(gè)執(zhí)行動(dòng)作的開始或結(jié)束狀態(tài)，都會(huì)與下一個(gè)功能單元發(fā)生聯(lián)系，從而使其發(fā)揮功能。”
批處理指令由企業(yè)ERP系統(tǒng)發(fā)送并傳輸至生產(chǎn)線管理系統(tǒng)，它將一個(gè)指令分成多個(gè)小指令并分配給每一臺(tái)包裝設(shè)備。執(zhí)行批處理指令的直接收益為，每一臺(tái)包裝機(jī)可以在任意時(shí)間、任何位置及時(shí)獲得所需的一切信息。包裝機(jī)不但能執(zhí)行當(dāng)前的批量生產(chǎn)任務(wù)，還能執(zhí)行下一批量的生產(chǎn)任務(wù)。因此，當(dāng)下一批產(chǎn)品正式投產(chǎn)時(shí)，操作員也能正確處理與該產(chǎn)品相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)簽，以及相關(guān)的容器瓶蓋顏色。
以Arla食品公司的實(shí)際生產(chǎn)情況為例，如果需要預(yù)留少數(shù)幾個(gè)操作人員在灌裝車間工作，他們的操作工位應(yīng)位于工廠二樓、貼標(biāo)機(jī)與旋蓋機(jī)的安裝工位。操作人員需要完成的工作為：通過HMI屏幕監(jiān)控由ERP系統(tǒng)傳遞的命令在生產(chǎn)工序中的具體位置，并為生產(chǎn)線執(zhí)行下一個(gè)工序做好準(zhǔn)備。食品生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的每一批產(chǎn)品都可能發(fā)生變化，這主要體現(xiàn)于灌裝牛奶的脂肪含量、容器所用的標(biāo)簽材料、在標(biāo)簽上打印的編碼以及瓶蓋的顏色（脫脂牛奶、半脫脂牛奶和全脂牛奶需使用不同顏色的瓶蓋）。以貼標(biāo)生產(chǎn)的實(shí)際情況為例，操作人員根據(jù)他們?cè)贖MI屏幕上觀察到的情況，將卷筒標(biāo)簽材料安裝到對(duì)應(yīng)的貼標(biāo)單元上，并確保操作無誤。如果生產(chǎn)線需要貼一種新的標(biāo)簽，首先，貼有新標(biāo)簽B的容器瓶在準(zhǔn)備進(jìn)入灌裝機(jī)時(shí)，一旦首個(gè)容器瓶上的條碼被掃描識(shí)別確認(rèn)，灌裝機(jī)上的進(jìn)瓶工序會(huì)自動(dòng)停止。隨后，帶有舊標(biāo)簽A的所有容器瓶將被從生產(chǎn)線上逐一剔除，并執(zhí)行最后的、進(jìn)入包裝機(jī)的包裝過程。當(dāng)包裝機(jī)確認(rèn)生產(chǎn)線上不存在貼有舊標(biāo)簽A的容器瓶時(shí)，包裝機(jī)便會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)并傳達(dá)到灌裝機(jī)的進(jìn)瓶工位上，使其繼續(xù)進(jìn)給貼有新標(biāo)簽B的容器。
當(dāng)操作員從HMI屏幕上觀察到生產(chǎn)線需要將舊標(biāo)簽A轉(zhuǎn)換成新標(biāo)簽B時(shí)，他可在貼標(biāo)機(jī)的進(jìn)標(biāo)位置處安裝一個(gè)新的標(biāo)簽卷，并將這個(gè)新卷軸的一邊連接到滾筒的導(dǎo)向邊上；同時(shí)，操作人員還需要在HMI屏幕上確認(rèn)新標(biāo)簽B已準(zhǔn)備就緒。當(dāng)生產(chǎn)線到達(dá)一批舊標(biāo)簽的生產(chǎn)臨界點(diǎn)時(shí)，貼標(biāo)機(jī)會(huì)自動(dòng)將速度降低至正常工作速度的一半，隨后切斷舊標(biāo)簽A，這樣新標(biāo)簽B將會(huì)自動(dòng)銜接至舊標(biāo)簽A的尾端。執(zhí)行如此的工作進(jìn)程，標(biāo)簽雖然發(fā)生了變化，但生產(chǎn)速度只會(huì)自動(dòng)降低，卻永遠(yuǎn)不會(huì)停止。生產(chǎn)線在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下更換標(biāo)簽，線上管理系統(tǒng)會(huì)一直跟蹤觀察哪些容器瓶接受了兩種標(biāo)簽銜接處的混合標(biāo)簽，并自動(dòng)將這些容器瓶檢測(cè)并剔除出來。
此外，操作人員還需要將適量的瓶蓋裝滿料斗，并通過HMI屏幕確認(rèn)是否成功地完成了這一操作步驟。如果不對(duì)上述這些項(xiàng)目的執(zhí)行情況加以確認(rèn)，系統(tǒng)將不會(huì)順利完成下一步的操作。
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