包裝線配置與生產(chǎn)流程
Arla食品公司加工廠房內(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：一臺電子稱重灌裝機、一臺Zalkin封蓋機、一臺Enercon感應(yīng)密封機、一臺輪轉(zhuǎn)貼標(biāo)機、兩臺Elopak手推式打包機。Arla食品公司加工廠房內(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)線隨時可根據(jù)需要、通過傳送帶自動索取牛奶瓶）。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，隨后進行灌裝、封口、貼標(biāo)。通常，用打包機裝滿一個包裝箱可放置大約100個瓶（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庫。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個不同的倉庫，為了減少生產(chǎn)和運輸轉(zhuǎn)換時間，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被向上傳送至上游的貼標(biāo)機工位上，使貼標(biāo)機必須為更多合格的容器貼上標(biāo)簽，以彌補不合格容器的數(shù)量，進而造成容器的浪費。
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，這10批訂貨單均會經(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，貼標(biāo)設(shè)備會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)計劃來安排操作人員停機或開機，因為這一切工作都將成為自動過程。操作人員只需定時更換標(biāo)簽卷軸，以及補充料斗中存儲的瓶蓋。
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)錯誤、貼標(biāo)數(shù)量偏差、編碼打印錯誤、瓶蓋顏色混亂等風(fēng)險。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)進行預(yù)先調(diào)試設(shè)定，相信我們能夠從自動訂單系統(tǒng)中獲得更多收益。”
先進信息系統(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、貼標(biāo)機、旋蓋機、封口機和包裝機。Arla食品公司的所有設(shè)備均采用了以太網(wǎng)進行連接，并都擁有一個固定的IP地址。
Arla食品公司的四條包裝生產(chǎn)線上也匹配了四個用于運行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)線上還配備了四臺流程數(shù)據(jù)服務(wù)器。這四臺流程數(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。其中，在流程數(shù)據(jù)服務(wù)器1和2之間，Arla食品公司擁有一臺微軟SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于儲存由這兩臺服務(wù)器采集到的相關(guān)時間數(shù)據(jù)。SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器比流程數(shù)據(jù)服務(wù)器具備更大的儲存量，可滿足數(shù)據(jù)的長期儲存需求。而在流程數(shù)據(jù)服務(wù)器3與4之間，也存在一臺同樣的微軟SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于儲存由流程數(shù)據(jù)服務(wù)器3和4采集到的相關(guān)批量數(shù)據(jù)。
與每對流程數(shù)據(jù)服務(wù)器連接的是“網(wǎng)關(guān)PC機”,它可將一切信息連接至ERP系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)PC機中的一個模塊為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機的另一個模塊為XML ISA-95接口，在閉環(huán)回路中，它允許實時信息在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)線上存取實時數(shù)據(jù)，而ISA-95標(biāo)準(zhǔn)可以方便工廠從一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，從一個高級業(yè)務(wù)協(xié)議轉(zhuǎn)換成一個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時的生產(chǎn)圖像，并從圖像中了解整個吹塑成形、加工、包裝系統(tǒng)所發(fā)生的一切情況，實現(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)線上的許多獨立機械元件都緊密地與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)向下傳達到加工機械和包裝機械上，再通過這些機械將生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集起來回饋給ERP系統(tǒng)。這個先進的操作流程將把我們所有的工作流程集合在一個層面內(nèi)實現(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)機將不再是一個單一的設(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機械標(biāo)準(zhǔn)，您可將多個功能單元聯(lián)系在一起。生產(chǎn)線上一個執(zhí)行動作的開始或結(jié)束狀態(tài)，都會與下一個功能單元發(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)，它將一個指令分成多個小指令并分配給每一臺包裝設(shè)備。執(zhí)行批處理指令的直接收益為，每一臺包裝機可以在任意時間、任何位置及時獲得所需的一切信息。包裝機不但能執(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，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食品公司的實際生產(chǎn)情況為例，如果需要預(yù)留少數(shù)幾個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)機與旋蓋機的安裝工位。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)的實際情況為例，操作人員根據(jù)他們在HMI屏幕上觀察到的情況，將卷筒標(biāo)簽材料安裝到對應(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)備進入灌裝機時，一旦首個容器瓶上的條碼被掃描識別確認(rèn)，灌裝機上的進瓶工序會自動停止。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、進入包裝機的包裝過程。當(dāng)包裝機確認(rèn)生產(chǎn)線上不存在貼有舊標(biāo)簽A的容器瓶時，包裝機便會發(fā)出一個信號并傳達到灌裝機的進瓶工位上，使其繼續(xù)進給貼有新標(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，他可在貼標(biāo)機的進標(biāo)位置處安裝一個新的標(biāo)簽卷，并將這個新卷軸的一邊連接到滾筒的導(dǎo)向邊上；同時，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)線到達一批舊標(biāo)簽的生產(chǎn)臨界點時，貼標(biāo)機會自動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將會自動銜接至舊標(biāo)簽A的尾端。執(zhí)行如此的工作進程，標(biāo)簽雖然發(fā)生了變化，但生產(chǎn)速度只會自動降低，卻永遠(yuǎn)不會停止。生產(chǎn)線在運動狀態(tài)下更換標(biāo)簽，線上管理系統(tǒng)會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，并自動將這些容器瓶檢測并剔除出來。
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。如果不對上述這些項目的執(zhí)行情況加以確認(rèn)，系統(tǒng)將不會順利完成下一步的操作。
