Dávkování materiálu. Pokročilé řízení dávkování

Transkript

1 Pokročilé řízení dávkování Dávkování materiálu představuje jeden ze tří základních typů výrobních procesů, které se využívají k přeměně surovin na koncové zboží. Lze ho definovat jako: Zahájení práce se vstupními materiály Zpracování materiálů pomocí předem definovaného sledu procesních činností Vytvoření nového výstupního materiálu Kritickou součástí procesu je přesný a spolehlivý váhový systém, který dokáže vážit hmotnost přísad a tyto přísady přenést do dávky. Tento proces může být automatizovaný, manuální nebo kombinovaný. K automatickému přenosu materiálů a řízení dávkování lze namísto komplikovaného řídicího systému PLC nebo DCS využít váhový terminál. Správný váhový terminál/systém obsahuje funkce pro usnadnění manuálního dávkování. Samostatný systém může být výrazným přínosem pro menší provozovny, protože snižuje čas a náklady související s programováním systémů PLC. Tato bílá kniha pojednává o přínosech nezávislých systémů řízení dávkování a o způsobech, kterými systémy pomáhají: Dosahovat stálých výsledků Zvyšovat efektivitu výroby Snižovat provozní náklady Stálá kvalita výroby zvyšuje spokojenost zákazníků a usnadňuje splnění podmínek průmyslových a certifikačních norem. Vhodné řešení současně zprůhlední veškeré procesy. Obsah 1 Potřeba řízení dávkování materiálu 2 Hlediska výběru systému řízení dávkování 3 Realizace nezávislého systému řízení dávkování 4 Shrnutí 5 Další zdroje

2 1 Potřeba řízení dávkování materiálu Příkladem dávkování z každodenního života je výroba chleba. Jednotlivé suroviny receptury jsou nejprve seřazeny a poté předem stanoveným způsobem smíchány. Nástroje, například odměrkové lžíce, míchadla a ohřívače, přemění suroviny na výstupní produkt čerstvý a křupavý bochník chleba. Tento příklad je sice zjednodušený, avšak popisuje základy výrobního prostředí. Nyní si představte stovky nebo dokonce tisíce pecnů chleba, které je třeba upéct každý den. Jednotlivé varianty chleba se od sebe mohou dokonce lišit: tvarem i chutí. Tím se mění celá situace dávkovacího procesu. K zajištění vysoké kvality výrobků šarži od šarže je třeba využívat vyspělý systém pro řízení dávkování. Investice do správně navrženého systému k řízení takové velkoobjemové výroby může mimo jiné pomoci: Zvýšit průchodnost procesů Snížit plýtvání surovinami Odstranit nežádoucí odchylky koncových výrobků Maximalizovat celkovou efektivitu 2 Hlediska výběru systému řízení dávkování Výběr správného systému řízení dávkování pro určitý proces nemusí být snadný: Jak zjistíme, že vybraný systém zvýší efektivitu výroby, odstraní ztráty surovin a posílí stálou kvalitu výroby? Kompletní řešení musí dokázat řídit různé druhy přenosu materiálu a zvážit každou přísadu. K dávkové výrobě jsou vhodné váhové terminály, které dokáží řídit obě tyto činnosti a které mohou pomoci při zjednodušování procesů, protože vážení přísad a přenos materiálu jsou v zásadě dvě součásti jediné akce. Systém PLC nachází uplatnění zejména v případě pevného dávkování (výroba stále stejného koncového výrobku), při kterém nedochází k častým změnám přísad a receptur. Systém PLC však nemusí představovat nejlepší řešení pro malé a středně velké provozy, které vyžadují flexibilitu procesů z důvodu omezených zdrojů. Norma společnosti Instrument Society of America (ISA) S88 Batch Control (Část 1 4) tvoří ucelený soubor doporučení, který může pomoci při řízení dávkování bez ohledu na zvolený typ řešení. Řízení dávkování podporující směrnici S88 poskytuje uživatelům modulární systém, který je zárukou jednotného používání řídicího systému v různých závodech. Tím se snižují nároky na zaškolení uživatelů, zjednodušuje se uživatelské rozhraní a v neposlední řadě je připravena možnost sdílení receptur a informací o procesech mezi jednotlivými závody a při zachování jednotné struktury dat. Využití systému PLC by vyžadovalo pečlivé programování a náročné zavádění jednotného systému, zejména v případě výroby v různých provozovnách. Samostatné řešení naopak dokáže kombinovat správu dávek a technologii přenosu materiálu do jediné, plně funkčně vybavené jednotky pro řízení dávkování. Tento přístup usnadňuje programování systému PLC, zkracuje dobu zavádění systému a umožňuje zákazníkům soustředit se na oblast, které rozumí nejlépe: vlastní a jedinečné receptury. 2 METTLER TOLEDO Bílá kniha Vsádková výroba

3 3 Realizace nezávislého systému řízení dávkování Výběr nezávislého systému, který vychází ze zdokumentované struktury manipulace s materiálem, řízení vstupů a výstupů a drah/receptur materiálů ve výrobním procesu, může znamenat okamžité a měřitelné přínosy. Norma ISA S88 je při výběru takového systému užitečným vodítkem a obsahuje: Definici užitečného modelu řízení dávkování Popis požadavků na řízení dávkování Užitečné informace o konfiguraci Doporučení k integraci dodavatelských řešení Důležitým cílem normy S88 je pomáhat výrobcům využívajícím dávkování vyrábět konzistentně a opakovatelně. Norma definuje společnou terminologii a obsahuje i doporučení k nápravě nedostatků a potíží. Řízení dávkování / Spolehlivé vážení Vybudování systému dávkování může pomoci snížit výrobní náklady, zvýšit průchodnost procesů, zvýšit výtěžnost výroby, snížit ztráty materiálů a zvýšit míru využití přístrojů. Norma S88 odděluje fyzická zařízení od receptury. Umožňuje tak výraznou flexibilitu konfigurace systému, zkracuje přechod mezi recepturami a zvyšuje průchodnost procesů. Norma poskytuje obsluze rovněž konzistentní rozhraní, které pomáhá zvýšit úroveň obeznámení obsluhy se zařízením a jeho využití. Ztráty materiálu se snižují na minimum. Uživatelské rozhraní umožňuje přidání každého materiálu v rámci přípustného rozsahu tolerance. Systém řízení dávkování výroby bude v ideálním případě již z výroby zohledňovat normu S88. Řešení by mělo obsahovat i spolehlivý váhový terminál, například model IND780batch. Materiál 3 Materiál 5 Materiál 2 Materiál 4 Materiál 1 Manuální přidávání Míchadlo Terminál IND780batch Váha Uvolnění materiálu Do zásobníku Obsluha Příklad vícemateriálového, 2rychlostního, automatického systému přenosu materiálu 3 METTLER TOLEDO Bílá kniha Vsádková výroba

4 Jak dosáhnout cílů automatizace Norma S88 obsahuje popis modulárního a flexibilního procesu, který uživatelům usnadňuje proces přípravy šarží. Integrovaná a samostatná řešení tuto flexibilitu dále podporují určením přístrojů a možností výběrů z několika různých receptur. Tím výrazně zkracují čas potřebný k přechodu z jedné šarže na další. Současně umožňují centrální kontrolu přenosu materiálů za pomoci strojních zařízení, například přívodních ventilů, bran a šnekových dopravníků, a za souběžného sledování správné hmotnosti s cílem zastavení každého přiváděného materiálu ve správný okamžik. Tyto postupy mohou snížit množství odpadu. Manuální procesy a řízení dávkování Je-li proces manuální, tedy jestliže výběr a přidávání přísad zajišťuje obsluha, obvykle se k řízení používají nediskrétní vstupy a výstupy. Tato metoda poskytuje vysokou úroveň flexibility, protože neobsazuje vstupy a výstupy a umožňuje dávkování různých materiálů bez splnění nezbytných předpokladů. V případě manuálního procesu obstarává obvykle řízení dávkování obsluha. Nicméně zavedením systému řízení dávkování obsahujícího pokyny obsluze lze odstranit potíže s přeplňováním a nedostatečným plněním. Současně získáte záruku, že šarže nebude obsahovat zbytečné přísady a že z receptury naopak nebudou vynechány povinné přísady. Celý postup obvykle probíhá tak, že obsluha použije snímač čárových kódů k identifikaci přísady, poté přísadu přidá a pokračuje další přísadou. Systém validace materiálu upozorní obsluhu na případný výběr chybného materiálu a vyzve ji k načtení správné přísady. V případě smíšeného přístupu může obsluha výrobu šarže pouze spustit. Zbytek procesu poté probíhá automaticky a bez zásahu uživatele, dokud si systém nevyžádá manuální přidání některé přísady. Je-li součástí procesu automatický přenos materiálů, vyžaduje se systém řízení dávkování, který umožňuje přiřazování vstupů a výstupů ovládajících přívod materiálů. Obvykle se používají i pomocné přístroje, které vyžadují vlastní správu. Manuální přidávání až 999 materiálů na recepturu Snímač čárových kódů usnadňuje sledování a dohledatelnost materiálů Stolní váha Terminál IND780batch provede obsluhu celou recepturou pomocí informací na obrazovce Příklad instalace manuálního recepturovacího systému 4 METTLER TOLEDO Bílá kniha Vsádková výroba

5 Správa podpůrných přístrojů Správa podpůrných přístrojů může ke správnému provozu vyžadovat splnění určitých kritérií. Jestliže proces vyžaduje například použití míchadla, řízení dávkování musí být schopno: Zapnout míchadlo při určitém kroku v rámci receptury Aktivovat pulzy míchadla po určitou dobu Odložit spuštění míchadla dokud není na váhu manuálně přidána potřebná přísada Bez ohledu na použitý typ řízení dávkování je k dosažení stálosti třeba použít řídicí systém, který zajišťuje přesný přenos materiálu, přesné vypínání přístrojů při dosažení cílových hodnot, minimalizuje případy přeplnění i nedostatečného plnění a zajišťuje přesné řízení dávek. Tyto údaje umožňují zkoumání případných potíží. Vedoucím pracovníkům navíc poskytují důležité informace o změnách výroby. To umožňuje snadnou identifikaci dávek a surovin a může pomoci: Stanovit, proč bylo třeba dávku vyřadit Určit přísadu, která způsobila potíže Minimalizovat počet výrobků stahovaných z trhu Umožnit uživatelům kontaktovat dodavatele problematické přísady Samostatný systém řízení dávkování by měl být schopen obsáhnout veškeré funkce dohledatelnosti a umožnit přípravu a ukládání receptur, zálohovat nastavení terminálů a shromažďovat potřebná data. Cílem těchto funkcí je: Zavést jednotné postupy přípravy receptur Upravovat přísady a jejich množství Měnit velikost celých šarží Dohledatelnost a shromažďování dat Další důležitou funkcí řídicího systému je schopnost dohledávat jednotlivé fáze procesu a identifikovat: Kdy byl výrobek zhotoven Jaký materiál byl použit a v jakém množství Který zaměstnanec příslušnou dávku spustil Použití samostatného řešení pro řízení dávek může výrazně zvýšit opakovatelnost výroby a produktivitu a naopak snížit náklady na kontrolu. METTLER TOLEDO nabízí různé systémy řízení dávkování, které se vyznačují možností snadné integrace. Počítačový konfigurační nástroj umožňuje přípravu receptur a konfiguraci systému off-line. 5 METTLER TOLEDO Bílá kniha Vsádková výroba

6 4 Shrnutí Zavedení systémů dávkování může pomoci v dosahování cílů v oblasti přenosu materiálů a kontroly procesů. Použití uceleného řešení, které integruje vážení a přenos materiálu, může zejména menším výrobcům, kteří nedisponují zdroji k zavedení systému PLC vyžadujícího čas a odborné znalosti programování, přinést výrazné úspory času i nákladů. V ideálním případě bude každé řešení: Poskytovat vlastní řízení dávkování u manuálního i automatického procesu Obsahovat řídicí logiku integrovanou v měřicím přístroji pro rychlejší vstupy i výstupy Splňovat podmínky normy S88 na flexibilitu procesů a kvalitní údržbu Zvyšovat průchodnost přenosu a přesnost přísunu materiálu Poskytovat možnost shromažďování dohledatelných dat s cílem účinně řídit rizika a minimalizovat množství odpadu Správný samostatný systém dokáže řídit několik různých dávkovacích procesů a současně odstraňuje nutnost složitého překonfigurování systému PLC při změně potřeb zákazníků. Výsledkem je pevnější kontrola, která zvyšuje stálost kvality výroby. Tím se zvyšuje spokojenost a věrnost zákazníků i produktivita provozu. 5 Další zdroje Níže uvedené odkazy a publikace obsahují další informace o průmyslových řešeních a o způsobech, jakými účinné řízení dávkování přispívá ke zvýšení kvality, využitelnosti materiálů a ke snížení výrobních nákladů. METTER TOLEDO: Kontrola přenosu materiálu Instrument Society of America Praktické využití směrnice S88, řízení dávkování z perspektivy uživatele; Jim Parshall a Larry Lamb ISBN Systémy dávkové výroby: konstrukce, použití a realizace, 2. vydání; William Hawkins a Thomas Fisher ISBN Control Global Zohledňování potřebných funkcí při řízení dávkové výroby v přísunu (přenosu) materiálů; Charlie Fu Ph.D, vedoucí technolog, Procter & Gamble World Batch Forum ARC Advisory Group 6 METTLER TOLEDO Bílá kniha Vsádková výroba

7 Další informace Mettler-Toledo, s.r.o. Třebohostická 2283/ Praha 10 Česká republika Telefon Fax Technické změny vyhrazeny 03/2012 Mettler-Toledo, s.r.o. MarCom Industrial