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Arla食品公司从吹瓶到罐装全面自动化

发布时间:2021年07月23日    点击:[1]人次

Arla食品公司从吹瓶到罐装全面自动化

英国Arla食品公司应用的自动订单系统,可以准确地将生产通知传达到牛奶灌装生产线上;而其批量化的生产解决方案,则成功地规避了牛奶生产过程中的一些风险。

包装线配置与生产流程

Arla食品公司加工厂房内安装的四条相同的包装生产线,已从2004年8月开始正式投入运行。每条包装生产线所包含的设备均是相同的,其中包括:一台电子称重灌装机、一台Zalkin封盖机、一台Enercon感应密封机、一台轮转贴标机、两台Elopak手推式打包机。Arla食品公司加工厂房内的其它设备还包括了由Tetra Pak公司提供的牛奶加工设备,以及八台由Logoplaste公司提供的吹塑成型设备(其稳定的速度,确保了灌装生产线随时可根据需要、通过传送带自动索取牛奶瓶)。Arla食品公司生产线的操作工艺流程为:吹塑、成型高密度聚乙烯(HDPE)瓶,再将加工好的牛奶从桶中传送到生产线上,随后进行灌装、封口、贴标。通常,用打包机装满一个包装箱可放置大约100个瓶(具体放置数量取决瓶子的大小)。包装箱随后通过小推车传送到装货卡车上,直接送到距离客户最近的仓库。在生产线上的所有操作环节中,所涉及到的操作员工数量非常少。

企业概况与需求

位于英格兰的英国Arla食品公司为其新建的奶制品工厂应用了创新的技术。该公司工程部负责人Soeren Vonsild先生介绍说:“Arla食品公司为五家超市供应奶制品,其中包括脱脂奶、半脱脂奶以及全脂牛奶,并且供给每家超市的产品的标签各不相同。为此,我们生产了四种规格不同的包装,容量分别为1、2、4和6品脱。由于Arla食品公司的奶制品需要送到55个不同的仓库,为了减少生产和运输转换时间,我们必须寻求一种全新的、灵活性高的管理方式。”

Arla食品公司拥有一个灌装速度很快的工厂环境。例如,以包装4品脱牛奶的生产线为例,该公司的包装速度为345瓶/分。在高速的生产环境中,液体渗透、标签偏移、瓶盖异形将可能导致产品的质量不合格,而不合格的容器将会被向上传送至上游的贴标机工位上,使贴标机必须为更多合格的容器贴上标签,以弥补不合格容器的数量,进而造成容器的浪费。

订单管理系统

通常,食品生产企业获得的订单是以批量的形式通知到工厂的,我们将以如下实例介绍订单批量管理方式。比如,一家超市客户需要10000瓶4品脱包装的脱脂牛奶,而其他九家超市也需要同样包装规格的牛奶,但所需数量不等。此时,这10批订货单均会经由ERP系统通知到生产企业的加工车间,且遵循如下的生产流程:当所发的货品从一家零售商转至下一家时,贴标设备会在包装上打印出不同的标签,并等候发货。

Arla食品公司选用的创新管理方式应用了一种完美融合了加工与包装工艺的新系统,该应用系统由Krones公司旗下的Syskron子公司提供,这是一套新开发的自动订单监控与管理系统。在应用了此系统之后,工厂内每一班的生产经理不再需要根据生产计划来安排操作人员停机或开机,因为这一切工作都将成为自动过程。操作人员只需定时更换标签卷轴,以及补充料斗中存储的瓶盖。

Arla食品公司的工程部负责人Soeren Vonsild先生表示:“此前,我们的工厂一直存在容器贴标错误、贴标数量偏差、编码打印错误、瓶盖颜色混乱等风险。而当前的生产线管理系统有效地防止了此类问题的发生。我们参照规范,将一切设备参数进行预先调试设定,相信我们能够从自动订单系统中获得更多收益。”

先进信息系统的建立

Arla食品公司四条包装生产线上所需的全部硬件设备及带有集成元件的控制系统包括了:灌装机、贴标机、旋盖机、封口机和包装机。Arla食品公司的所有设备均采用了以太网进行连接,并都拥有一个固定的IP地址。

Arla食品公司的四条包装生产线上也匹配了四个用于运行Syskron生产线管理系统软件的PLC。设备上的PLC无论出自哪家经销商,都可被集成于网络中,并通过网络接受生产订单。Arla食品公司的四条包装生产线上还配备了四台流程数据服务器。这四台流程数据服务器可将所有收集到的数据详细记录下来,以分析未来的生产发展趋势。其中,在流程数据服务器1和2之间,Arla食品公司拥有一台微软SQL数据库服务器,用于储存由这两台服务器采集到的相关时间数据。SQL数据库服务器比流程数据服务器具备更大的储存量,可满足数据的长期储存需求。而在流程数据服务器3与4之间,也存在一台同样的微软SQL数据库服务器,用于储存由流程数据服务器3和4采集到的相关批量数据。

与每对流程数据服务器连接的是“网关PC机”,它可将一切信息连接至ERP系统。网关PC机中的一个模块为FTP(文件传输协议)服务器,可将文件在ERP系统与下层系统之间来回传送。网关PC机的另一个模块为XML ISA-95接口,在闭环回路中,它允许实时信息在ERP系统与工厂之间来回传送。从理论上讲,ERP系统并不适合工厂在生产线上存取实时数据,而ISA-95标准可以方便工厂从一个网络协议转换为另一个网络协议,从一个高级业务协议转换成一个适用于工厂车间的生产协议。

由于采用了HMI软件,Arla食品公司的工作人员可以获得实时的生产图像,并从图像中了解整个吹塑成形、加工、包装系统所发生的一切情况,实现符合S88标准和概念的批量生产。

Arla食品公司选用的ERP系统由SAP公司提供。每一条生产线上的许多独立机械元件都紧密地与ERP系统集合在了一起。Arla食品公司的工程部负责人Soeren Vonsild先生表示:“现在,我们可以将生产指令从ERP系统向下传达到加工机械和包装机械上,再通过这些机械将生产数据收集起来回馈给ERP系统。这个先进的操作流程将把我们所有的工作流程集合在一个层面内实现管理。”

批量化生产解决方案

Syskron公司的Klaus Doppler先生表示:“S88标准和概念是一种适合于包装生产的批量加工方法。以贴标环节为例,如果企业采用S88标准方法,贴标机将不再是一个单一的设备。企业可以将贴标设备视为功能单元或功能模块,依靠标准化的S88机械标准,您可将多个功能单元联系在一起。生产线上一个执行动作的开始或结束状态,都会与下一个功能单元发生联系,从而使其发挥功能。”

批处理指令由企业ERP系统发送并传输至生产线管理系统,它将一个指令分成多个小指令并分配给每一台包装设备。执行批处理指令的直接收益为,每一台包装机可以在任意时间、任何位置及时获得所需的一切信息。包装机不但能执行当前的批量生产任务,还能执行下一批量的生产任务。因此,当下一批产品正式投产时,操作员也能正确处理与该产品相关的产品标签,以及相关的容器瓶盖颜色。

以Arla食品公司的实际生产情况为例,如果需要预留少数几个操作人员在灌装车间工作,他们的操作工位应位于工厂二楼、贴标机与旋盖机的安装工位。操作人员需要完成的工作为:通过HMI屏幕监控由ERP系统传递的命令在生产工序中的具体位置,并为生产线执行下一个工序做好准备。食品生产企业所生产的每一批产品都可能发生变化,这主要体现于灌装牛奶的脂肪含量、容器所用的标签材料、在标签上打印的编码以及瓶盖的颜色(脱脂牛奶、半脱脂牛奶和全脂牛奶需使用不同颜色的瓶盖)。以贴标生产的实际情况为例,操作人员根据他们在HMI屏幕上观察到的情况,将卷筒标签材料安装到对应的贴标单元上,并确保操作无误。如果生产线需要贴一种新的标签,首先,贴有新标签B的容器瓶在准备进入灌装机时,一旦首个容器瓶上的条码被扫描识别确认,灌装机上的进瓶工序会自动停止。随后,带有旧标签A的所有容器瓶将被从生产线上逐一剔除,并执行最后的、进入包装机的包装过程。当包装机确认生产线上不存在贴有旧标签A的容器瓶时,包装机便会发出一个信号并传达到灌装机的进瓶工位上,使其继续进给贴有新标签B的容器。

当操作员从HMI屏幕上观察到生产线需要将旧标签A转换成新标签B时,他可在贴标机的进标位置处安装一个新的标签卷,并将这个新卷轴的一边连接到滚筒的导向边上;同时,操作人员还需要在HMI屏幕上确认新标签B已准备就绪。当生产线到达一批旧标签的生产临界点时,贴标机会自动将速度降低至正常工作速度的一半,随后切断旧标签A,这样新标签B将会自动衔接至旧标签A的尾端。执行如此的工作进程,标签虽然发生了变化,但生产速度只会自动降低,却永远不会停止。生产线在运动状态下更换标签,线上管理系统会一直跟踪观察哪些容器瓶接受了两种标签衔接处的混合标签,并自动将这些容器瓶检测并剔除出来。

此外,操作人员还需要将适量的瓶盖装满料斗,并通过HMI屏幕确认是否成功地完成了这一操作步骤。如果不对上述这些项目的执行情况加以确认,系统将不会顺利完成下一步的操作。

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