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乳制品行业 : 迈向数字化转型
来源: 罗克韦尔自动化作者: 罗克韦尔自动化时间:2020-09-05 15:01:04点击:2816

在以智能制造为核心的《中国制造2025》国家发展战略的大背景下,乳制品行业也在数字化转型之路上前进着,同时国家对乳制品制造行业监管越来越严格,陆续推出了很多强制性的国家标准和法规。因此,无论是外部同业竞争的压力,越加严苛的国家监管,还是企业内部对管理颗粒度和效率的需求,乳制品企业要想生存下去并保持利润增长,必须修炼内功,不断提升自身的管理水平,数字化转型对企业来说就成了必选项。

数字化转型是个范围很大的话题,为了细化痛点并结合乳制品企业管理现状,避免讲空话,本次我们就把重点和范围聚焦在工厂生产管理的数字化转型上。

经验证,总体来说乳制品企业数字化转型可以实现现场数据自动采集,生产计划管理,作业执行管理,生产标准管理,过程质量管理,生产追溯管理,物料流转管理,设备运行管理,生产绩效管理,以及ERP/WMS/LIMS集成等功能,对下与自动化系统、控制PLC,称量设备及过程仪表等进行互联,实现了IT与OT的融合,实现前处理、罐包装等环节的生产过程数据和设备运行数据的实时获取、监控分析和全程追溯,对上与原奶、ERP、WMS、LIMS、包装追溯等系统集成协同,进行统一的数据交互。以此奠定智能制造平台基础,成为集团数字化、智能化目标实现的有力支柱。


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图1


系统蓝图

通过梳理各业务部门及管理层的需求,结合乳制品企业现状并与系统功能的匹配,我们首先规划了集团及中央工厂的系统规划蓝图(如图1所示),以界定系统功能和范围,各司其职,减少功能重合和重复投资,实现生产全过程追溯化;生产调度智能化;现场操作合规化;生产过程透明化;和生产数据集中化。

本次我们把重点放在以MES为核心的企业“数字化”转型需求和方案上(如图2所示)。

以下会从常见的生产,质量,设备,能源等四个乳制品企业核心部门需求与系统功能进行阐述,并从使用者角度讲述数字化转型对其工作方式和管理模式的影响 :

生产部门:涉及到SCADA,ERP和MES系统的集成使用。从收奶开始一直到成品入库各个关键工艺段的管理,包括生产指令的下达,物料的配料与核算,配方修改,标签管理,启动生产,生产指导,产出计算, 直到产生完整的生产报表等功能。


·SCADA能够通过HMI界面实时显示生产状态和关键生产参数,自动记录并整理成生产报表 ;

·MES系统通过接受从ERP发送的工单和BOM信息,根据SCADA获得的设备占用状态,自动拆解并下发到各设备操作工位,并依据电子SOP合规生产,实现系统操作步序的防错,生产完毕自动发送消耗信息给ERP报工 ;

·在前处理投料和小料添加环节,MES会依据配方进行工单校验,称量复核校验,并与前处理中控集成(投料口电磁阀控制)系统自动放行,实现投料三重防错 ;


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图2


三个系统的集成可以帮助生产部门提高沟通效率,生产信息透明化,人员操作合规化,系统通过人、机、料、法、环等不同种类的数据再利用和数据分析,可以帮助客户更好的指定黄金批次标准,和质量相关性分析,以稳定产量和质量,同时关联到班组和操作工个人的绩效考核指标评估,让数据发挥更大的作用,真正实现数字化助力生产。

质量部门:重点关注食品安全与合规,包括质量防错、追踪追溯和生产批记录等功能(如图3)。主要涉及实验室信息管理系统(LIMS), 全厂SCADA系统和生产制造执行系统(MES)使用和对接 ;


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图3


·其中LIMS负责原奶接收检验,半成品检验,成品检验和过程抽检等实验室相关流程管理 ;

·SCADA系统负责实时采集并记录生产过程中所有质量相关的工艺参数,通过关键质量参数的阈值设定,实现实时的超限报警,实现产品生产过程中工艺符合性追溯的及时 性,改善原有通过保温实验结果或市场投诉寻找工艺缺陷点的不足 ;

·MES则负责质量配方,检测计划,问题升级流程,生产中质量相关点巡检(移动端)与质量放行,消息推送,作业指导,SPC分析,质量和生产电子批记录等功能 ;

·MES系统的另一个主要功能就是完成订单生产过程中的追踪追溯,根据工单号,记录当批工艺配方,操作步序,操作人员信息,当时的设备状态,质量过程参数,报警信息,环境信息等数据完成正反追溯,实现人、机、料、法、环”的全面质量管理。通过三大系统的集成,可以帮助质量部门实时了解生产状态及过程质量参数,异常预警及时处理,通过系统建立计划并跟踪检验结果,实时干预并回溯,以减少损失,提高质量稳定性和均一性。未来,利用已有的质量数据还可以与企业的投诉系统相关联,利用大数据分析,快速精准的定位问题产品批次及当批的生产质量信息,实现追踪溯源。


设备部门:主要涉及 SCADA,OEE,设备管理系统使用。


·SCADA可以实时采集设备运行参数,故障信息并报警记录,通过故障信息采集,维修人员能够及时获取故障信息快速维修(实时短信提醒),通过故障维修时间计时,提高 维修的效率,也为未来人员绩效考核提供依据 ;

·OEE通过SCADA采集到的灌装设备数据实时计算整线或单机OEE,及手持终端实现实时OEE效率看板,操作人员能够实时掌握设备运转效率及过程问题,再结合TPM方法进行有效的改善,最终使设备发挥最大的生产效率 ;

·设备管理系统涵盖了设备资产管理(设备台帐、设备改造),设备维护管理(设备预防性管理),设备点巡检管理(包括现场移动作业管理系统),设备维修管理(设备知识库), 备品备件管理(与ERP对接),设备报表等功能模块。

三个系统的集成可以为设备管理部门提供及时的设备动态和OEE分析结果,有重点的把脉瓶颈设备,建立全生命周期的设备健康管理体系(如图4所示),从而减少停机时间和损失。


能源部门:涉及SCADA和能源管理系统的使用。


·SCADA 系统通过通讯从前处 理成套设备读取已有能源数据,另外通过独立PLC自动采集质量流量计、源水表,纯水表,软水表,蒸汽表,压缩空气表,电表等过程仪表数据,实现计量牛奶、料液、水、蒸汽、压缩空气的过程使用数量,改变原来生产结束后倒推计算的方式。通过过程使用量能够准确发现具体的损失点,从而结合精益生产的方法进行快速改善,提升成本管理精度 ;

·能源管理平台通过从SCADA拿到的能源数据,可以实时查看当前值以及历史曲线,预警,自动生成能源报表(需量,耗量,趋势 )和预测曲线,同时通过与MES系统的交 互,绑定前处理批次信息、产量信息,码垛机批次信息、品项信息等,以便实现单品项,单批次,单班组,甚至生产单瓶产品所需能耗,并根据计算换算成二氧化碳排放量从而形成企业标准,也为未来KPI指标的考核提供依据 ;以上从工厂使用者角度阐述了数字化转型给他们带来的改变,通常来说数字化转型会涉及到企业所有的部门,从生产部门到财务部门,从一线员工到高层管理者都会用到这一系统,所以系统的成熟度就尤为重要。


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图4


方案成熟性

作为罗克韦尔自动化实现上述功能的核心解决方案CPGSuite®套件,获得了“2020 中国自动化年会-最具价值解决方案“,其基础平台Factory Talk Production Center( 简 称FTPC) 从软件研发之初到如今已经发展了15个年头,10个版本的更新,全球有上百家工厂,上千个用户在使用此平台,在食品饮料行业例如雀巢,玛氏,卡夫,芝华士,康尼格拉,恒天然,雅培,阿拉等全球客户,和国内乳制品客户,例如贝因美,伊利,味全等,尤其伊利项目申请的《乳品生产智能工厂试点示范》获得了国家智能制造2015年智能制造试点示范项目及由e-works评选的2020年中国智能制造标杆工厂的称号。


数字化转型收益

以恒天然为例,罗克韦尔自动化从2007年开始与出口排名全球第一的恒天然集团(新西兰最大的乳制品集团)合作部署MES试点工厂,到如今已经部署了25家子工厂,总体产量提高大约8%,实现生产全过程的追溯,并满足出口法规的要求,另外MES的部署使得恒天然在生产,质量,设备管理,KPI指标计算、考核,工厂建设等的企业级标准化方面有了很大提升,也为其实现数字化转型之路迈了一大步。


总结

数字化转型之路并不易走,其中不乏实施失败的案例,罗克韦尔自动化也总结出自己的建议供大家参考 :

1. 认清自我:理清现状,制定目标,规划优先 ;

2. 分布实施:试点为先,先易后难,标准先行 ;

3. 坚定决心:领导带队,负责到底,部门协同 ;

4. 跨行借鉴:跨行业借鉴经验和技术。

罗克韦尔自动化希望用自己的实施经验和成熟的软件平台为更多的乳制品客户提供助力,早日实现智能制造。

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