包裝線(xiàn)配置與生產(chǎn)流程

Arla食品公司加工廠(chǎng)房?jì)劝惭b的四條相同的包裝生產(chǎn)線(xiàn)，已從2004年8月開(kāi)始正式投入運行。每條包裝生產(chǎn)線(xiàn)所包含的設備均是相同的，其中包括：一臺電子稱(chēng)重灌裝機、一臺Zalkin封蓋機、一臺Enercon感應密封機、一臺輪轉貼標機、兩臺Elopak手推式打包機。Arla食品公司加工廠(chǎng)房?jì)鹊钠渌�設備還包括了由Tetra Pak公司提供的牛奶加工設備，以及八臺由Logoplaste公司提供的吹塑成型設備（其穩定的速度，確保了灌裝生產(chǎn)線(xiàn)隨時(shí)可根據需要、通過(guò)傳送帶自動(dòng)索取牛奶瓶）。Arla食品公司生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)上，隨后進(jìn)行灌裝、封口、貼標。通常，用打包機裝滿(mǎn)一個(gè)包裝箱可放置大約100個(gè)瓶（具體放置數量取決瓶子的大�。�。包裝箱隨后通過(guò)小推車(chē)傳送到裝貨卡車(chē)上，直接送到距離客戶(hù)最近的倉庫。在生產(chǎn)線(xiàn)上的所有操作環(huán)節中，所涉及到的操作員工數量非常少。

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(chǎng)應用了創(chuàng )新的技術(shù)。該公司工程部負責人Soeren Vonsild先生介紹說(shuō)：“Arla食品公司為五家超市供應奶制品，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)品的標簽各不相同。為此，我們生產(chǎn)了四種規格不同的包裝，容量分別為1、2、4和6品脫。由于A(yíng)rla食品公司的奶制品需要送到55個(gè)不同的倉庫，為了減少生產(chǎn)和運輸轉換時(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(chǎng)環(huán)境。例如，以包裝4品脫牛奶的生產(chǎn)線(xiàn)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、標簽偏移、瓶蓋異形將可能導致產(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機工位上，使貼標機必須為更多合格的容器貼上標簽，以彌補不合格容器的數量，進(jìn)而造成容器的浪費。

訂單管理系統

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(chǎng)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(hù)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格的牛奶，但所需數量不等。此時(shí)，這10批訂貨單均會(huì )經(jīng)由ERP系統通知到生產(chǎn)企業(yè)的加工車(chē)間，且遵循如下的生產(chǎn)流程：當所發(fā)的貨品從一家零售商轉至下一家時(shí)，貼標設備會(huì )在包裝上打印出不同的標簽，并等候發(fā)貨。

Arla食品公司選用的創(chuàng )新管理方式應用了一種完美融合了加工與包裝工藝的新系統，該應用系統由Krones公司旗下的Syskron子公司提供，這是一套新開(kāi)發(fā)的自動(dòng)訂單監控與管理系統。在應用了此系統之后，工廠(chǎng)內每一班的生產(chǎn)經(jīng)理不再需要根據生產(chǎn)計劃來(lái)安排操作人員停機或開(kāi)機，因為這一切工作都將成為自動(dòng)過(guò)程。操作人員只需定時(shí)更換標簽卷軸，以及補充料斗中存儲的瓶蓋。

Arla食品公司的工程部負責人Soeren Vonsild先生表示：“此前，我們的工廠(chǎng)一直存在容器貼標錯誤、貼標數量偏差、編碼打印錯誤、瓶蓋顏色混亂等風(fēng)險。而當前的生產(chǎn)線(xiàn)管理系統有效地防止了此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。我們參照規范，將一切設備參數進(jìn)行預先調試設定，相信我們能夠從自動(dòng)訂單系統中獲得更多收益�！�

先進(jìn)信息系統的建立

Arla食品公司四條包裝生產(chǎn)線(xiàn)上所需的全部硬件設備及帶有集成元件的控制系統包括了：灌裝機、貼標機、旋蓋機、封口機和包裝機。Arla食品公司的所有設備均采用了以太網(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(xiàn)上也匹配了四個(gè)用于運行Syskron生產(chǎn)線(xiàn)管理系統軟件的PLC。設備上的PLC無(wú)論出自哪家經(jīng)銷(xiāo)商，都可被集成于網(wǎng)絡(luò )中，并通過(guò)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(xiàn)上還配備了四臺流程數據服務(wù)器。這四臺流程數據服務(wù)器可將所有收集到的數據詳細記錄下來(lái)，以分析未來(lái)的生產(chǎn)發(fā)展趨勢。其中，在流程數據服務(wù)器1和2之間，Arla食品公司擁有一臺微軟SQL數據庫服務(wù)器，用于儲存由這兩臺服務(wù)器采集到的相關(guān)時(shí)間數據。SQL數據庫服務(wù)器比流程數據服務(wù)器具備更大的儲存量，可滿(mǎn)足數據的長(cháng)期儲存需求。而在流程數據服務(wù)器3與4之間，也存在一臺同樣的微軟SQL數據庫服務(wù)器，用于儲存由流程數據服務(wù)器3和4采集到的相關(guān)批量數據。

與每對流程數據服務(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。網(wǎng)關(guān)PC機中的一個(gè)模塊為FTP（文件傳輸協(xié)議）服務(wù)器，可將文件在ERP系統與下層系統之間來(lái)回傳送。網(wǎng)關(guān)PC機的另一個(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系統與工廠(chǎng)之間來(lái)回傳送。從理論上講，ERP系統并不適合工廠(chǎng)在生產(chǎn)線(xiàn)上存取實(shí)時(shí)數據，而ISA-95標準可以方便工廠(chǎng)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，從一個(gè)高級業(yè)務(wù)協(xié)議轉換成一個(gè)適用于工廠(chǎng)車(chē)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、包裝系統所發(fā)生的一切情況，實(shí)現符合S88標準和概念的批量生產(chǎn)。

Arla食品公司選用的ERP系統由SAP公司提供。每一條生產(chǎn)線(xiàn)上的許多獨立機械元件都緊密地與ERP系統集合在了一起。Arla食品公司的工程部負責人Soeren Vonsild先生表示：“現在，我們可以將生產(chǎn)指令從ERP系統向下傳達到加工機械和包裝機械上，再通過(guò)這些機械將生產(chǎn)數據收集起來(lái)回饋給ERP系統。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)層面內實(shí)現管理�！�

批量化生產(chǎn)解決方案

Syskron公司的Klaus Doppler先生表示：“S88標準和概念是一種適合于包裝生產(chǎn)的批量加工方法。以貼標環(huán)節為例，如果企業(yè)采用S88標準方法，貼標機將不再是一個(gè)單一的設備。企業(yè)可以將貼標設備視為功能單元或功能模塊，依靠標準化的S88機械標準，您可將多個(gè)功能單元聯(lián)系在一起。生產(chǎn)線(xiàn)上一個(gè)執行動(dòng)作的開(kāi)始或結束狀態(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系統發(fā)送并傳輸至生產(chǎn)線(xiàn)管理系統，它將一個(gè)指令分成多個(gè)小指令并分配給每一臺包裝設備。執行批處理指令的直接收益為，每一臺包裝機可以在任意時(shí)間、任何位置及時(shí)獲得所需的一切信息。包裝機不但能執行當前的批量生產(chǎn)任務(wù)，還能執行下一批量的生產(chǎn)任務(wù)。因此，當下一批產(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，如果需要預留少數幾個(gè)操作人員在灌裝車(chē)間工作，他們的操作工位應位于工廠(chǎng)二樓、貼標機與旋蓋機的安裝工位。操作人員需要完成的工作為：通過(guò)HMI屏幕監控由ERP系統傳遞的命令在生產(chǎn)工序中的具體位置，并為生產(chǎn)線(xiàn)執行下一個(gè)工序做好準備。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，這主要體現于灌裝牛奶的脂肪含量、容器所用的標簽材料、在標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）。以貼標生產(chǎn)的實(shí)際情況為例，操作人員根據他們在HMI屏幕上觀(guān)察到的情況，將卷筒標簽材料安裝到對應的貼標單元上，并確保操作無(wú)誤。如果生產(chǎn)線(xiàn)需要貼一種新的標簽，首先，貼有新標簽B的容器瓶在準備進(jìn)入灌裝機時(shí)，一旦首個(gè)容器瓶上的條碼被掃描識別確認，灌裝機上的進(jìn)瓶工序會(huì )自動(dòng)停止。隨后，帶有舊標簽A的所有容器瓶將被從生產(chǎn)線(xiàn)上逐一剔除，并執行最后的、進(jìn)入包裝機的包裝過(guò)程。當包裝機確認生產(chǎn)線(xiàn)上不存在貼有舊標簽A的容器瓶時(shí)，包裝機便會(huì )發(fā)出一個(gè)信號并傳達到灌裝機的進(jìn)瓶工位上，使其繼續進(jìn)給貼有新標簽B的容器。

當操作員從HMI屏幕上觀(guān)察到生產(chǎn)線(xiàn)需要將舊標簽A轉換成新標簽B時(shí)，他可在貼標機的進(jìn)標位置處安裝一個(gè)新的標簽卷，并將這個(gè)新卷軸的一邊連接到滾筒的導向邊上；同時(shí)，操作人員還需要在HMI屏幕上確認新標簽B已準備就緒。當生產(chǎn)線(xiàn)到達一批舊標簽的生產(chǎn)臨界點(diǎn)時(shí)，貼標機會(huì )自動(dòng)將速度降低至正常工作速度的一半，隨后切斷舊標簽A，這樣新標簽B將會(huì )自動(dòng)銜接至舊標簽A的尾端。執行如此的工作進(jìn)程，標簽雖然發(fā)生了變化，但生產(chǎn)速度只會(huì )自動(dòng)降低，卻永遠不會(huì )停止。生產(chǎn)線(xiàn)在運動(dòng)狀態(tài)下更換標簽，線(xiàn)上管理系統會(huì )一直跟蹤觀(guān)察哪些容器瓶接受了兩種標簽銜接處的混合標簽，并自動(dòng)將這些容器瓶檢測并剔除出來(lái)。

此外，操作人員還需要將適量的瓶蓋裝滿(mǎn)料斗，并通過(guò)HMI屏幕確認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行情況加以確認，系統將不會(huì )順利完成下一步的操作。