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 4 Sammanfattning 5 Ytterligare läsning
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
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 Material 5 Material 2 Material 1 Material 4 Manuell tillsättning Blandare IND780batch Terminal Våg Materialtömning Till lagringstank Operatör Exempel på batchinstallation för flera material, med materialöverföring i två hastigheter 3 METTLER TOLEDO White Paper 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 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 materialöverföringar behövs en batchkontrollenhet för att med indata och utdata styra materialmatningen. Vanligtvis innefattar processen även extrautrustning som måste hanteras. Handtillsättning av upp till 999 material per recept 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
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. 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 receptgenereringssekvens redigera ingredienser eller mängder skala om hela batchen. 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. 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 batchtillämpning skapa recept och konfigurera systemet offline. 5 METTLER TOLEDO White Paper Batchhantering
4 Sammanfattning 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 2 nd 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
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