Batc

hhan

terin

gAvancerad batchkontroll

Batchproduktion är en av tre huvudtyper av tillverkningsprocesser där råvaror omvandlas till färdiga produkter. Följande aktiviteter definierar batchproduktion:•Manbörjarmedingåendematerial.•Materialenutsättsförendefinieraduppsättningavaktiviteter.•Nyttutgångsmaterialskapas.

Innehåll

1 Behovet av dedikerad batchkontroll

2 Överväganden inför val av batchkontrollsystem

3 Implementera dedikerad batchkontroll

4 Sammanfattning

5 Ytterligare läsning

Ett noggrant, tillförlitligt vägningssystem som mäter ingredienser och överför dem till batchen är en avgö-rande del av processen. Processen kan vara automati-serad, manuell eller både och.

I ideala fall kan automatiserad överföring och batch-kontroll 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 batchkontrollsys-tem kan vara särskilt fördelaktigt i småskaliga opera-tioner, 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 •uppnåkonsekventaresultat•ökaeffektiviteten•sänkakostnaderna.

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.

2 METTLERTOLEDO – White Paper – Batchhantering

Batc

hhan

terin

g

2011©Mettler-Toledo AG

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 ske-dar, 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 hund-ratals, kanske tusentals, limpor om dagen. De kanske även har olika former och smaker.

Det ger ett helt annat batchkontrollscenario. För garan-terad produktkvalitet krävs ett batchkontrollsystem som ger konsekventa batcher. Ett väl utformat batchkon-trollsystem för storskalig produktion kan även bidra till•ökat genomflöde •mindre råvaruspill •eliminerade produktvariationer•maximerad övergripande effektivitet.

1 Behovet av dedikerad batchkontroll

Uppgiften att välja ett lämpligt batchkontrollsystem kan till en början verka oöverskådlig: Hur ska man kunna veta om ett visst system kommer att förbättra produk-tiviteten, 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 perma-nenta 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.

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

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 nog-grann programmering och implementering om man vill säkerställa konsekventa metoder, särskilt om lös-ningen används i flera anläggningar.

I en dedikerad batchkontrollösning däremot, kombi-neras batchhanterings- och materialöverföringsteknik till en enda komplett kontrollenhet. Behovet av PLC-kodprogrammering elimineras, samtidigt som start-tiden förkortas och kunden kan koncentrera sig på sin huvudkompetens, dvs. det unika receptet som ger en välsmakande produkt.

2 Överväganden inför val av batchkontrollsystem

3 METTLERTOLEDO – White Paper – Batchhantering

Batc

hhan

terin

g

2011©Mettler-Toledo AG

Exempel på batchinstallation för flera material, med materialöverföring i två hastigheter

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 informa-tion, som kan ge vägledning vid val av ett system:•definitionavenanvändbarbatchkontrollmodell•beskrivningavvanligabatchkontrollkrav•användbarkonfigurationsinformation•vägledningförintegreringavenleverantörslösning.

Det övergripande målet med S88 är att hjälpa batch-tillverkare 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 batch-processen kan sänka produktionskostnaderna, öka genomflödet, förbättra avkastningen, minska materi-alförlusterna 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 mini-meras eftersom operatören får vägledning genom varje ingredienstillsättning. I användargränssnittet kan varje material tillsättas inom ett tillåtet toleransområde.

Ett väl utformat batchkontrollsystem baseras på batch-standarden S88, vilket förenklar implementeringen av batchkontroll. En tillförlitlig vägningsterminal, som IND780batch, integreras också i lösningen.

3 Implementera dedikerad batchkontroll

Material 3

Material 2

Material 1

SnabbmatningFinmatning

SnabbmatningFinmatning

SnabbmatningFinmatning

SnabbmatningFinmatning

SnabbmatningFinmatning

Material 5

Material 4

Manuell tillsättning

Operatör

IND780batchTerminalBlandare

Våg

Materialtömning

Till lagringstank

4 METTLERTOLEDO – White Paper – Batchhantering

Batc

hhan

terin

g

2011©Mettler-Toledo AG

Uppnå automatiseringsmål

S88-standarden beskriver en modulär, flexibel process som ger användaren möjlighet att förenkla batchpro-cessen. En integrerad, fristående lösning ger stöd för hög flexibilitet genom fördefinierad processutrustning och möjlighet för operatören att välja bland olika re-cept, vilket förkortar batchskiftestiden. Lösningen ger också centraliserad kontroll över materialöverföringen, med hjälp av maskinkomponenter som matarventiler, slussar och skruvtransportörer. Under överföringen be-vakas vikten, vilket säkerställer perfekt uppdelning av det överförda materialet. På så sätt kan starkt förbätt-rat batchgenomflöde och minskat materialspill uppnås.

Manuella processer och batchkontroll

Om processen är manuell – vilket innebär att en ope-ratör väljer och tillsätter ingredienser – styrs den nor-malt inte av diskreta data. Metoden är mycket flexibel eftersom indata och utdata inte begränsar och efter-som 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 in-gredienser 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 ope-ratören om fel material väljs, och en instruktion om att välja rätt ingrediens visas, vilket säkerställer konse-kventa batcher.

I en kombinerad metod kanske operatören startar en batch. Därefter körs återstoden av processen utan ma-nuella ingripanden, bortsett från eventuell handtillsätt-ning av ingredienser.

Om processen inkluderar automatiska materialöver-föringar behövs en batchkontrollenhet för att med indata och utdata styra materialmatningen. Vanligtvis innefattar processen även extrautrustning som måste hanteras.

Streckkodsläsare för enklare spårbarhet och uppföljning

Terminalen IND780batch ger operatören vägledning

genom receptet

Handtillsättning av upp till 999 material per recept

Bänkvåg

Exempel på batchinstallation för manuell formulering och flera material

5 METTLERTOLEDO – White Paper – Batchhantering

Batc

hhan

terin

g

2011©Mettler-Toledo AG

Datorbaserat konfigureringsverktyg för batch-

tillämpning – skapa recept och konfigurera

systemet offline.

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•startablandareniettvisstreceptsteg•körablandarenunderenvisstid•fördröjastartavblandarentillsenhandtillsattingre-

diens placeras på vågen innan blandaren startas.

Oavsett typ av batchkontrollenhet bör den ha funktio-ner för korrekt hantering av materialöverföring, nog-grann materialuppdelning vid fastställda mängder och minimerad överfyllning/underfyllning, vilket i slutändan ger hög batchkonsekvens.

Spåra och följa upp/datainsamling

En batchkontrollenhet bör även ha kapacitet för att spåra batchprocessens faser, för möjlighet att ta reda på•närenprodukttillverkades•vilketmaterialochhurstormängdsomanvändes•vilkenoperatörsomkördeenvissbatch.

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

•fastställavarförenbatchblevfel•fastställavilkeningredienssomorsakade

problemet •minimeraantaletåterkallandenochderas

omfattning•pågodagrunderkontaktaingrediensensleverantör.

En fristående batchkontrollenhet bör ha inbyggda spår-barhetsfunktioner liksom funktioner för att skapa och lagra recept, säkerhetskopiera terminalinställningar och samla in data. Funktionerna används för att •implementeraendefinieradreceptgenererings­

sekvens•redigeraingredienserellermängder•skalaomhelabatchen.

En dedikerad, fristående batchkontrollösning som innefattar ovanstående funktioner kan ge starkt förbättrad batchrepeterbarhet, produktivitet och kost-nadskontroll. METTLER TOLEDOs sortiment innefattar fristående och lättintegrerade batchkontrollenheter med robusta kombinationer av de funktioner som beskrivs ovan.

6 METTLERTOLEDO – White Paper – Batchhantering

Batc

hhan

terin

g

2011©Mettler-Toledo AG

Ett batchkontrollsystem ger kapacitet för avancerad materialöverföring och processkontroll. En färdig lös-ning som innefattar både vägnings- och materialö-verföringsfunktioner kan ge betydande kostnads- och tidsbesparingar för mindre tillverkare som kanske sak-nar resurser för att implementera ett PLC-system, som måste programmeras.

En väl utformad lösning ska•gededikeradbatchkontrollibådemanuelloch

automatisk batchhantering•innehållakontrollogikimätinstrumentet,

för snabbare in-/utmatning av data

•uppfyllakravenenligtbatchstandardenS88för processflexibilitet och kvalitetsmässigt underhåll

•ökamaterialgenomflödetochförbättramatnings-noggrannheten

•hafunktionerförspårbarhetochdatainsamling, 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.

4 Sammanfattning

Följande webbsidor och dokument innehåller mer information om industriella vägningslösningar och om hur batchkontroll kan bidra till förbättrad kvalitet, effektivt materialutnyttjande och lägre produktionskostnader.

•METTERTOLEDOmaterialöverföringskontroll www.mt.com/qi

•InstrumentSocietyofAmerica www.isa.org

•ApplyingS88,BatchControlfromaUser’sperspective; Jim Parshall och Larry Lamb – ISBN #1-55617-703-8

•BatchControlSystems,Design,Application,andImplementation2ndEdition; William Hawkins och Thomas Fisher – ISBN # 1-55617-967-7

•ControlGlobal www.controlglobal.com

•FunctionsthatneedtobeconsideredinforMaterialFeed(Transfer)BatchControls; Charlie Fu Ph.D, Technology Leader, Procter & Gamble

•WorldBatchForum www.wbf.org

•ARCAdvisoryGroup www.arcweb.com

5 Ytterligare läsning

Batc

hhan

terin

g

Mettler-ToledoABS-120 08 StockholmSverigeTel. +46 (0)8 702 50 00Fax +46 (0)8 642 45 62

Rätt till tekniska ändringar förbehålles © 11/2011 Mettler-Toledo AGMarCom Industrial

Här hittar du mer information!www.mt.com/ind-food-productivity-guide2